一种无包套TiAl合金大尺寸饼坯的锻造方法及应用技术

本发明专利技术属于Ti‑Al金属间化合物热加工技术领域，具体涉及到一种无包套TiAl合金大尺寸饼坯的锻造方法及应用。将坯料预热800～900℃/30～60分钟，出炉后滚涂2～3mm厚度玻璃润滑粉，利用玻璃润滑粉高温黏性快速贴合相应厚度的保温棉层，回炉重新升温到锻造温度1200～1300℃，保温4～6小时进行镦粗变形，镦粗第一步变形量在50～60％，回炉加热1～3小时，镦粗第二步变形量在40～60％达到工艺要求高度，坯料变形速率控制在10

【技术实现步骤摘要】
一种无包套TiAl合金大尺寸饼坯的锻造方法及应用
本专利技术属于Ti-Al金属间化合物热加工
，具体涉及到一种无包套TiAl合金大尺寸饼坯的锻造方法及应用。
技术介绍
轻质TiAl合金有着良好的高温强度、抗蠕变、抗氧化能力，高温组织稳定性和高弹性模量，具备高温结构材料的特征。用TiAl合金替代高温合金制备压气机叶环制备航空发动机热端转子部件，不但可实现自身结构减重，而且较小的离心力作用可以使盘件承受较高转速或明显减轻盘件的重量，这对提高航空发动机的材料选择意义重大。开展TiAl合金盘件及环件的研制，实现此领域与国际先进技术的同步发展，提高我国先进发动机的推重比和工作寿命，具有广阔的应用前景和良好的社会、经济效益。但是，该材料热塑性低、流变抗力大的特点，导致TiAl合金的热变形参数窗口非常窄，需要在金属包套隔离下实现近等温条件下热变形，形成的锻件的尺寸和质量往往难以满足应用要求，如何在可接受成本前提下提高产品的成品率是当今科研人员聚焦的热点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无包套TiAl合金大尺寸饼坯的锻造方法及应用，所要解决的技术问题是：通过无包套近等温锻造手段，得到变形均匀、晶粒度细小的大尺寸TiAl合金饼材，取消金属隔热包套设计，提高产品的尺寸精度和合格率。本专利技术的技术方案是：一种无包套TiAl合金大尺寸饼坯的锻造方法，包括如下步骤：步骤1：车削去退火后的坯料表面氧化皮，表面粗糙度达到Ra6.3～1.6μm，上下两端面倒圆R10～20mm，整体表面最终喷砂处理；步骤2：坯料预热制度为：温度为800～900℃，时间为30～60分钟，出炉后滚涂2～3mm厚度玻璃润滑粉，利用玻璃润滑粉高温黏性快速贴合相应厚度5～10mm保温棉层；步骤3：将坯料用保温棉层包裹后，放置于加热炉中加热至工艺要求温度并保温至工艺要求保温时间；步骤4：坯料经过两次镦粗变形，镦粗第一次变形量范围控制在50～60％，回炉加热1～3小时，镦粗第二次变形量范围在40～60％达到工艺要求高度，坯料变形速率控制在10-1～10-2/s，模具温度保持在900～950℃；步骤5：锻造后饼坯放置在搁物架上自然空冷处理。所述的无包套TiAl合金大尺寸饼坯的锻造方法，按重量百分比计，TiAl合金成分为：Al:27％～30％，Nb:7％～11％，Mo:1.0％～3.0％，余量为Ti和不可避免的杂质元素；其中，不可避免的杂质元素为Fe、Si、O、N、H，Fe≤0.3％，Si≤0.3％，O≤0.1％，N≤0.04％，H≤0.01％。所述的无包套TiAl合金大尺寸饼坯的锻造方法，TiAl合金坯料的冶炼工艺如下：原材料采用0～1级海绵钛，合金元素Mo、Nb以中间合金形式加入；合金元素Al部分由中间合金带入，不足部分以纯Al加入；中间合金与海绵钛经配料、混料后，用压机压制成电极；将电极组焊在一起，在真空自耗电弧炉中熔炼2～3次，制成合金铸锭。所述的无包套TiAl合金大尺寸饼坯的锻造方法，步骤3中，坯料在α+β+γ三相区随炉加热，保温时间为4～6小时，出炉后坯料转移至锻造台面时间小于2分钟。所述的无包套TiAl合金大尺寸饼坯的应用，通过锻造制度和热处理工艺组合，获得拉伸强度与塑性、疲劳强度强度与热稳定性的良好匹配；该TiAl合金用于制作先进航空发动机轻质耐高温部件，在650～800℃范围内代替传统镍基高温合金长时使用。所述的无包套TiAl合金大尺寸饼坯的应用，TiAl合金大尺寸饼坯的性能指标范围如下：室温条件下，拉伸强度σb＝600～1000MPa，塑性δ＝1～3％，疲劳强度σ＝550～700MPa；800℃条件下，拉伸强度σb＝550～700MPa，塑性δ＝20～50％，疲劳强度σ＝350～500MPa，持续100h的持久强度σ＝200～250MPa。本专利技术的设计思想是：本专利技术利用高温玻璃的黏性和保温棉隔热的共同作用，使窄热加工窗口TiAl合金(变形温度≥1200℃/变形速率≤0.1/s)处于绝热的条件下，避免等温锻造昂贵的钼合金模具投入或传统金属包套隔热变形不协调的弊端，TiAl合金在软包套保护下在常规的钛合金等温锻造设备条件下可顺利进行锻造变形，软包套在变形过程中隔热作用良好、润滑效果好、不脱落及锻造后易清理等优点，最重要的是在该条件下TiAl合金独立参与变形，热变形协调性好、尺寸和流线可控性强，可以节省坯料投入。整体效果全面优于金属隔热包套设计方案，且成本低、周期短、易于操作等优点。本专利技术的优点及有益效果是：1、采用本专利技术在TiAl合金饼坯变形过程中，无TiAl合金与不锈钢材料不协调变形约束，得到饼坯轮廓清晰、尺寸精度高，玻璃粉滚涂+保温棉隔热保温效果好，温度场均匀一致，得到饼材表面光滑无裂纹，饼坯每道次变形充分、晶粒度细小均匀，无明显流线和死区。2、本专利技术无包套TiAl合金大尺寸饼坯的直径达到600～800mm，适用于航空发动机盘件及环件的模锻成型。附图说明图1为本专利技术实施例制备的TiAl合金铸锭滚涂玻璃粉+保温棉隔热照片。图2为本专利技术实施例制备的TiAl合金饼材照片图3为本专利技术实施例制备的TiAl合金横截面低倍金相照片。图4为本专利技术实施例制备的TiAl合金横截面高倍显微组织照片。具体实施方式在具体实施过程中，本专利技术无包套TiAl合金大尺寸饼坯的锻造方法，无需传统的金属隔热包套设计，首先直接将坯料预热800～900℃/30～60分钟，出炉后滚涂2～3mm厚度玻璃润滑粉，利用玻璃润滑粉高温黏性快速贴合相应厚度的保温棉层，回炉重新升温到锻造温度1200～1300℃，保温4～6小时进行镦粗变形，镦粗第一步变形量在50～60％，回炉加热1～3小时，镦粗第二步变形量在40～60％达到工艺要求高度，坯料变形速率控制在10-1～10-2/s，模具温度保持在900～950℃，锻后饼材随炉冷到室温。需要强调的是：本专利技术工艺路线采用高温玻璃滚涂保温棉隔热处理替代传统金属包套设计，滚涂玻璃粉可随金属变形而延展，施加在金属表面起到润滑作用；同时，在高温下玻璃粉与金属接触时逐层熔化，与保温棉层紧密贴合。下面，选取TNM合金(Ti-28Al-9Nb-2.4Mo-0.03B,wt％)坯料，对本专利技术的工艺步骤进行详细说明。实施例本实施例中，按重量百分比计，TiAl合金坯料成分为：Al31％，Nb9％，Mo2.4％，余量为Ti和不可避免的杂质元素；其中，不可避免的杂质元素为Fe、Si、O、N、H，Fe0.1％，Si0.08％，O0.06％，N0.02％，H0.007％。现有坯料规格根据本工艺路线制定以下步骤：第一步，车削去退火后的坯料表面氧化皮，直径高度480mm，表面粗糙度达到Ra6.3μm，上下两端面倒圆R15mm，整体表面最终喷砂处理；第二步，将第一步表面处理后的坯料送入箱式炉加热到900℃/60分钟，出炉后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无包套TiAl合金大尺寸饼坯的锻造方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：车削去退火后的坯料表面氧化皮，表面粗糙度达到Ra6.3～1.6μm，上下两端面倒圆R10～20mm，整体表面最终喷砂处理；/n步骤2：坯料预热制度为：温度为800～900℃，时间为30～60分钟，出炉后滚涂2～3mm厚度玻璃润滑粉，利用玻璃润滑粉高温黏性快速贴合相应厚度5～10mm保温棉层；/n步骤3：将坯料用保温棉层包裹后，放置于加热炉中加热至工艺要求温度并保温至工艺要求保温时间；/n步骤4：坯料经过两次镦粗变形，镦粗第一次变形量范围控制在50～60％，回炉加热1～3小时，镦粗第二次变形量范围在40～60％达到工艺要求高度，坯料变形速率控制在10

【技术特征摘要】
1.一种无包套TiAl合金大尺寸饼坯的锻造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：车削去退火后的坯料表面氧化皮，表面粗糙度达到Ra6.3～1.6μm，上下两端面倒圆R10～20mm，整体表面最终喷砂处理；
步骤2：坯料预热制度为：温度为800～900℃，时间为30～60分钟，出炉后滚涂2～3mm厚度玻璃润滑粉，利用玻璃润滑粉高温黏性快速贴合相应厚度5～10mm保温棉层；
步骤3：将坯料用保温棉层包裹后，放置于加热炉中加热至工艺要求温度并保温至工艺要求保温时间；
步骤4：坯料经过两次镦粗变形，镦粗第一次变形量范围控制在50～60％，回炉加热1～3小时，镦粗第二次变形量范围在40～60％达到工艺要求高度，坯料变形速率控制在10-1～10-2/s，模具温度保持在900～950℃；
步骤5：锻造后饼坯放置在搁物架上自然空冷处理。


2.按照权利要求1所述的无包套TiAl合金大尺寸饼坯的锻造方法，其特征在于，按重量百分比计，TiAl合金成分为：
Al:27％～30％，Nb:7％～11％，Mo:1.0％～3.0％，余量为Ti和不可避免的杂质元素；其中，不可避免的杂质元素为Fe、Si、O、N、H，Fe≤0.3％，Si≤0.3％，O≤0.1％，N≤0.04％，H≤0.01％。


3.按照权利要求1所述的无包套TiAl合金大尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冬，董志国，王鸣，刘亮亮，王亚然，刘仁慈，崔玉友，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21