一种TiAl合金薄壁构件原位反应-超塑成形同步一体化的方法技术

一种TiAl合金薄壁构件原位反应

【技术实现步骤摘要】
一种TiAl合金薄壁构件原位反应
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超塑成形同步一体化的方法


[0001]本专利技术涉及一种TiAl合金薄壁构件的成形方法。

技术介绍

[0002]TiAl合金具有密度低、弹性模量高、强度大、抗蠕变极限高和抗氧化性优良等优点，其使用温度可达750～900℃，与目前广泛使用的Ni基高温合金相近，但密度仅为Ni基高温合金的一半，被视为是一种极具潜力的新型轻质耐高温结构材料。TiAl合金薄壁构件是飞行武器装备飞行武器装备迫切需要的典型结构，主要用于高速及超高速飞行器的机翼、尾翼及机身等表面，起到支撑及热防护的作用。
[0003]目前，TiAl合金薄壁构件的制造方法均采用“先成材后成形”的传统思路，主要通过先粉末冶金或铸造法获得TiAl合金，再运用轧制工艺制备板材，最后采用超塑成形和热蠕变成形制造技术来获得的最终薄壁构件。但是，由于TiAl金属间化合物本身的固有脆性，现有技术制备大尺寸TiAl薄板存在一定的难度，其相应地TiAl薄板的超塑成形研究也尚不成熟，因此传统的成形加工方法难以满足大型复杂曲面薄壁构件。
[0004]针对金属间化合物薄壁构件难成形问题，公开号CN 107081345 B的专利技术专利申请提出了一种NiAl合金曲面板材构件合成制备与成形一体化方法，公开号CN 113151701 A专利技术申请提出了一种大尺寸金属铝化物曲面薄壁构件制备方法，以上两种方法采用了“先成形后成材”的思路，即先将箔材堆叠在一起气胀成形为构件形状，再在高温下进行原位反应成材，上述方法虽然能够解决金属间化合物的难成形问题，但箔材在高温反应的过程中主要在厚度方向发生变形，而横向塑性变形很小，扩散反应生成的中间相层难以被打破，而中间相的存在对后续的扩散有比较明显的阻碍作用，这不但会显著增加扩散反应的时间，同时在扩散过程中由柯肯达尔效应造成的孔洞缺陷，需要进一步通过高温高压致密化处理才能进行消除。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是要解决现有方法制备TiAl合金薄壁构件，存在成形困难、制备工序复杂，不能满足大型复杂曲面薄壁构件制备的问题，而提供一种TiAl合金薄壁构件原位反应
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超塑成形同步一体化的方法。
[0006]一种TiAl合金薄壁构件原位反应
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超塑成形同步一体化的方法，具体是按以下步骤完成的：
[0007]一、箔材的预处理：
[0008]①
、去除Ti箔表面的油污，再使用HF溶液对Ti箔进行酸洗，去除Ti箔表面的氧化层，最后吹干，得到预处理后的Ti箔；
[0009]②
、去除Al箔表面的油污，再使用NaOH溶液对Al箔进行碱洗，去除Al箔表面的氧化层，最后吹干，得到预处理后的Al箔；
[0010]二、将预处理后的Ti箔和预处理后的Al箔进行交替叠放，叠放的顶层和底层均为Ti箔，叠放的Ti箔和Al箔共10层～30层，得到叠层箔材；
[0011]三、采用不锈钢板将步骤二中获得的叠层箔材包裹住，并在不锈钢板和箔材之间涂敷阻焊剂，然后进行四周封焊，再从包套中间位置接出一根不锈钢管，不锈钢管用于连接抽真空管道，得到包套材料；
[0012]四、将步骤三获得的包套材料定位装模，并将模具放入加热炉中，不锈钢管连接真空管道，再将包套材料内抽真空至10
‑2Pa；向上模和下模中同时通入气体，使上模与包套材料之间及下模与包套材料之间的气压均为10MPa～15MPa，最后通过液压机合模对持续模具施加机械压力；
[0013]五、将加热炉通电加热，将模具升温至一级反应温度，随后逐渐减小下模气压，并保持上模气压不变，箔材在压差的作用下逐渐发生塑性变形，一级反应完成后，继续升温至二级反应温度，保持上模气压不变，并进一步减小下模气压，增大箔材上下的压差，最终使得箔材贴模成形，得到TiAl合金薄壁构件；
[0014]步骤五中所述的一级反应的温度为610℃～650℃，一级反应的保温时间为2h～6h，上下模之间的气压压差为1MPa～3MPa；所述的二级反应的温度为1050℃～1250℃，二级反应的保温时间为1h～3h，上下模之间气压压差为2MPa～4MPa；
[0015]六、关闭加热电源，待模具的温度下降到850℃进行泄压，泄压时应先将下模气压卸掉然后再卸载上模气压，自然冷却至80℃以下后，将构件从模具中取出，并去除不锈钢包套，即完成一种TiAl合金薄壁构件原位反应
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超塑成形同步一体化的方法。
[0016]本专利技术的原理：
[0017]本专利技术为了解决上述问题，本专利技术提出了一种TiAl合金薄壁构件原位反应
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超塑成形同步一体化的方法，在箔材反应合成过程中同步进行超塑成形，在反应的同时可以使材料在横向上发生大的塑性变形，中间相在横向拉应力的作用下不断的破裂，从而暴露出新的接触面积，缩短原子扩散距离，显著促进扩散反应的速度，能够实现完全的扩散反应；本专利技术中TiAl合金的制备与构件成形在一套气胀模具中同步进行，不需要进行二次热处理，能够大幅度缩短制造工序，降低生产成本。
[0018]本专利技术具备以下有益效果：
[0019]一、本专利技术利用气胀压差实现了“成形成材”同步一体化，在反应的同时进行超塑成形，可以使中间反应层在横向上发生大的塑性变形，从而在拉应力的作用下不断的破裂，从而暴露出新的接触面积，缩短原子扩散距离，显著促进扩散反应的速度，能够实现完全的扩散反应；
[0020]二、本专利技术采用韧性良好的Ti箔和Al箔作为原材料，成形较为容易，同时可以通过调整箔材厚度和层数实现不同厚度构件的成形，制备过程无污染，成形构件氧化物夹杂物少；
[0021]三、本专利技术可以在一套模具中一次性完成材料的反应合成和塑性成形，不需要进行二次热处理，有效解决了大尺寸薄壁构件制备困难的难题，生产工艺简单易行，明显提高生产效率。
[0022]本专利技术可获得一种TiAl合金薄壁构件。
附图说明
[0023]图1为本专利技术中一种TiAl合金薄壁构件原位反应
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超塑成形同步一体化的方法的工艺路线示意图；
[0024]图2为实施例一中步骤五中原位反应
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超塑成形过程中温度、压差随时间的变化示意图；
[0025]图3为实施例一制备的TiAl合金薄壁构件的实物图；
[0026]图4为实施例一制备的TiAl合金薄壁构件截面的微观组织图。
具体实施方式
[0027]以下实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本专利技术的范围。
[0028]具体实施方式一：本实施方式一种TiAl合金薄壁构件原位反应
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超塑成形同步一体化的方法，具体是按以下步骤完成的：
[0029]一、箔材的预处理：
[0030]①
、去除Ti箔表面的油污，再使用HF溶液对Ti箔进行酸洗，去除Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TiAl合金薄壁构件原位反应
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超塑成形同步一体化的方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤完成的：一、箔材的预处理：
①
、去除Ti箔表面的油污，再使用HF溶液对Ti箔进行酸洗，去除Ti箔表面的氧化层，最后吹干，得到预处理后的Ti箔；
②
、去除Al箔表面的油污，再使用NaOH溶液对Al箔进行碱洗，去除Al箔表面的氧化层，最后吹干，得到预处理后的Al箔；二、将预处理后的Ti箔和预处理后的Al箔进行交替叠放，叠放的顶层和底层均为Ti箔，叠放的Ti箔和Al箔共10层～30层，得到叠层箔材；三、采用不锈钢板将步骤二中获得的叠层箔材包裹住，并在不锈钢板和箔材之间涂敷阻焊剂，然后进行四周封焊，再从包套中间位置接出一根不锈钢管，不锈钢管用于连接抽真空管道，得到包套材料；四、将步骤三获得的包套材料定位装模，并将模具放入加热炉中，不锈钢管连接真空管道，再将包套材料内抽真空至10
‑2Pa；向上模和下模中同时通入气体，使上模与包套材料之间及下模与包套材料之间的气压均为10MPa～15MPa，最后通过液压机合模对持续模具施加机械压力；五、将加热炉通电加热，将模具升温至一级反应温度，随后逐渐减小下模气压，并保持上模气压不变，箔材在压差的作用下逐渐发生塑性变形，一级反应完成后，继续升温至二级反应温度，保持上模气压不变，并进一步减小下模气压，增大箔材上下的压差，最终使得箔材贴模成形，得到TiAl合金薄壁构件；步骤五中所述的一级反应的温度为610℃～650℃，一级反应的保温时间为2h～6h，上下模之间的气压压差为1MPa～3MPa；所述的二级反应的温度为1050℃～1250℃，二级反应的保温时间为1h～3h，上下模之间气压压差为2MPa～4MPa；六、关闭加热电源，待模具的温度下降到850℃进行泄压，泄压时应先将下模气压卸掉然后再卸载上模气压，自然冷却至80℃以下后，将构件从模具中取出，并去除不锈钢包套，即完成一种TiAl合金薄壁构件原位反应
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超塑成形同步一体化的方法。2.根据权利要求1所述的一种TiAl合金薄壁构件原位反应
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超塑成...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢振，张成才，吴超，蒋少松，初冠南，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：