一种Ti2AlNb合金丝材的制备方法技术

本发明专利技术是一种Ti2AlNb合金丝材的制备方法，该方法将Ti2AlNb合金锭通过特定工艺进行锻造、轧制并退火，然后按照特定减径幅度进行多次拉拔，最后得到所需直径的Ti2AlNb合金丝材。本发明专利技术通过拉拔技术制备低塑性难加工材料Ti2AlNb金属间化合物丝材，可获得高质量Ti2AlNb丝材，并实现该丝材的批量化、高质量生产，可应用于焊接、3D打印等领域，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种Ti2AlNb合金丝材的制备方法
本专利技术是一种Ti2AlNb合金丝材的制备方法，属于金属材料加工

技术介绍
Ti2AlNb是以有序正交结构O相作为主要构成相的金属间化合物。该合金是优良的结构材料，具有密度小、比强度高、抗腐蚀性能好、良好的抗蠕变及抗氧化等特点，作为镍基高温合金的替代材料被寄予极大的希望。广泛应用于航空航天领域。但影响其使用的一个巨大障碍是其室温塑性低和热加工变形能力差，虽然它稍优于TiAl基合金，但仍属于难变形材料。目前，因Ti2AlNb合金室温塑性差和难加工的特点，实际工作中，该合金结构件的主要成型方式是采用熔模精密铸造。此方法可以实现Ti2AlNb合金复杂构件的近终成型，但铸件中容易产生缩孔、疏松、裂纹等缺陷，若不采取补救措施，成品率很低。采用焊接方法(如电子束焊、氩弧焊)，通过局部缺陷部位填丝工艺，可有效消除缩孔、裂纹等缺陷。现阶段，实验室条件下均采用线切割方法在铸锭上切条制备补焊填充材料，这种方法制备的丝材由于长度的限制，不能够应用于自动化补焊工艺之中。因此批量化制备Ti2AlNb丝材是解决铸件工程化补焊的重要前提。另外，3D打印技术应用越来越广泛，采用Ti2AlNb合金丝材为原材料，通过3D打印技术制备Ti2AlNb合金构件与粉末3D打印相比，具有材料利用率高，生产效率高，成本低等显著优势。因此Ti2AlNb丝材的批量制备也为3D打印Ti2AlNb合金结构件提供了重要的原材料储备。现有的金属丝材生产手段主要由金属材料本身的塑形决定的。主要方法分为以下几种：第一，塑性极好的金属(如铝合金、镁合金等)丝材是通过铸锭热挤压、去应力退火、冷拉拔实现；第二，普通的合金(碳钢、不锈钢、镍基合金、纯钛等)丝材是通过铸锭锻造、热轧、去应力退火、冷拉拔实现；第三，部分含铝难变形钛合金丝材采用热拉拔实现；第四，部分不可变型材料通过粉末烧结实现丝材制备。作为极难变形材料，解决Ti2AlNb丝材的制备的问题的关键点在于通过控制热处理温度，尽可能得到B2相和α2相的混合的Ti2AlNb合金组织(一般在1000℃～1300℃)。因为α2相的存在可以抑制B2相的晶粒粗化，进而提升材料的塑性。在随后所选取的锻造、轧制以及拉拔温度范围内(850℃～1000℃)，该合金发生相变，形成B2相和O相的混合组织，从而提升该材料的综合力学性能。同时在所选取的变形温度范围内保温，B2相会逐步从板条状转化成细小的等轴晶粒，进一步提升该合金的塑性变形能力。在该温度范围内动态再结晶的发生也会对材料进行软化进而提升材料的塑性变形能力。
技术实现思路
本专利技术正是针对上述现有技术中存在的困难而设计提供了一种Ti2AlNb合金丝材的制备方法，其目的是提供一种生产效率高、材料利用率高、成本较低的Ti2AlNb丝材制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：该种Ti2AlNb合金丝材的制备方法的步骤如下：步骤一、墩拔：将Ti2AlNb铸锭墩拔后得到坯料；步骤二、锻造：将墩拔后的坯料入炉热处理，热处理制度为：入炉温度为700～950℃，然后随炉升温至1000～1300℃，保温15～30min后开锻，获得与轧机的口径相适应的棒材，锻造温度为950～1100℃，终锻温度850～950℃；步骤三、轧制：将锻造后的棒材入炉热处理，热处理制度为：入炉温度为900～950℃，保温30～60min，然后随炉升温至980～1100℃，保温10～15min后进行热轧，获得与拔丝机的口径相适应的盘条，轧制温度为900～1000℃，终轧温度为800～850℃；步骤四、去应力退火：将盘条入炉加热到850～900℃，保温20～30min，然后空冷至室温；步骤五、拉拔：对退火后的盘条进行在线加热，浸润滑剂后进行拉拔，获得Ti2AlNb丝材，在线加热的加热温度为850～900℃，加热时间以热透为准。在步骤五所述的对退火后的盘条进行在线加热时通入氨水，分解出氮气和氢气以形成保护性气体氛围，拉拔的盘条直径大于等于φ5.0时，拉拔每道次减径小于0.16mm；拉拔的盘条直径小于φ5.0时，拉拔每道次减径小于0.12mm。至今，关于Ti2AlNb丝材的制备方法未见报道。本专利技术基于难变形钛合金丝材制备的基本思路，考虑到金属间化合物Ti2AlNb合金极差的室温塑性和难加工的特点，交叉使用不同热处理制度和变形工艺(锻造、轧制、拉拔)，严格控制变形温度、变形程度，锻造前进行墩拔，使得Ti2AlNb晶粒细化，材料塑性提高，有利于后续锻造工艺的进行。锻造、轧制过程中考虑到变形相对较大，基于Ti2AlNb合金在高温下的较高塑性，将锻造、轧制温度严格控制在950～1100℃和900～1000℃。随后的热拉拔过程中，由于变形时间较长，材料温度下降快，塑性下降剧烈，变形极难控制，因此采用高于普通钛合金的在线加热温度(加热温度为850～900℃)和不同变形量的相配合，使得Ti2AlNb丝材在拉拔过程中避免裂纹缺陷甚至拉断现象的出现。综合考虑不同工艺特点，制定不同热处理及变形工艺参数，在较高温度及较低变形程度的综合应用下，充分将Ti2AlNb合金的塑性发挥出来，首次实现Ti2AlNb合金丝材的批量化、高质量生产。为Ti2AlNb合金铸件补焊、3D打印等工艺的开拓应用提供了重要的材料基础。具体实施方式以下将结合实施例对本专利技术技术方案作进一步地详述：实施例一，制备直径为1.6mm的Ti2AlNb丝材，采用本专利技术方法的步骤如下：1.墩拔：将直径45mm的Ti2AlNb铸锭采用自由锻，反复墩拔2次，墩拔铸锭直径仍然为45mm；2.锻造：将墩拔后的Ti2AlNb铸锭入炉热处理，入炉温度为900℃，然后随炉升温至1100℃，保温20min，然后开锻，锻造温度1050℃，终锻温度950℃，根据后续轧机口径要求，获得直径30mm的锻造棒材；3.轧制：将锻造棒材首先在930℃保温30min，然后随炉升温至980℃，并保温10min，然后进行轧制，轧制温度为980℃左右，终轧温度为800℃，获得能够进行拉拔的，直径为8mm的盘条；4.去应力退火：将轧制盘条在850℃进行加热，保温10min，然后空冷至室温；5.拉拔：对退火后的轧制棒材采用管式炉进行在线加热，管式炉中氨水，利用氨水受高温分解出氮气和氢气，形成保护性气体氛围，避免丝材氧化，产生氧化皮，加热温度为850℃，加热时间5min，然后浸入石墨乳润滑剂，并进行拉拔，按每道次减径0.15mm减至直径5mm，然后按照每道次减径为0.1mm减至1.6mm，获得直径1.6mm的Ti2AlNb丝材。实施例二，制备直径为1.2mm的Ti2AlNb丝材，采用本专利技术方法的步骤如下：1.墩拔：将直径60mm的Ti2AlNb铸锭采用自由锻，反复墩拔5次，墩拔铸锭直径仍然为60mm；2.锻造：将墩拔后的Ti2AlNb铸锭入炉热处理，入炉温度为900℃，然后随炉升温至1200℃，保温20min，然后开锻，锻造温度1050℃，终锻温度900℃，根据后续轧机口径要求，获得直径28mm的锻造棒材；3.轧制：将锻造棒材首先在950℃保温30min，然后随炉升温至1050℃，并保温15min，然后进行轧制，轧制温度为980℃左右，终轧温度为850℃，获得能够进行拉拔的，直径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ti2AlNb合金丝材的制备方法，其特征在于：该方法步骤如下：步骤一、墩拔：将Ti2AlNb铸锭墩拔后得到坯料；步骤二、锻造：将墩拔后的坯料入炉热处理，热处理制度为：入炉温度为700～950℃，然后随炉升温至1000～1300℃，保温15～30min后开锻，获得与轧机的口径相适应的棒材，锻造温度为950～1100℃，终锻温度850～950℃；步骤三、轧制：将锻造后的棒材入炉热处理，热处理制度为：入炉温度为900～950℃，保温30～60min，然后随炉升温至980～1100℃，保温10～15min后进行热轧，获得与拔丝机的口径相适应的盘条，轧制温度为900～1000℃，终轧温度为800～850℃；步骤四、去应力退火：将盘条入炉加热到850～900℃，保温20～30min，然后空冷至室温；步骤五、拉拔：对退火后的盘条进行在线加热，浸润滑剂后进行拉拔，获得Ti2AlNb丝材，在线加热的加热温度为850～900℃，加热时间以热透为准。

【技术特征摘要】
1.一种Ti2AlNb合金丝材的制备方法，其特征在于：该方法步骤如下：步骤一、墩拔：将Ti2AlNb铸锭墩拔后得到坯料；步骤二、锻造：将墩拔后的坯料入炉热处理，热处理制度为：入炉温度为700～950℃，然后随炉升温至1000～1300℃，保温15～30min后开锻，获得与轧机的口径相适应的棒材，锻造温度为950～1100℃，终锻温度850～950℃；步骤三、轧制：将锻造后的棒材入炉热处理，热处理制度为：入炉温度为900～950℃，保温30～60min，然后随炉升温至980～1100℃，保温10～15min后进行热轧，获得与拔丝机的口径相适应的盘条，轧制温度为900～1000℃，终轧温度为800～850℃；步骤四、去应力退火：将盘条入炉加热到850～900℃，保温20～30min，然后空冷至室温；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：施瀚超，李建崇，郑涛，乔燕琦，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11