一种具有混合层片微结构的超塑性制造技术

一种具有混合层片微结构的超塑性

【技术实现步骤摘要】
一种具有混合层片微结构的超塑性TiAl合金板材的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种
TiAl
合金板材的制备方法
。

技术介绍

[0002]TiAl
合金具有低密度
(3.7
～
4.1g/cm3)、
高比强度
、
高熔点和高温条件下优异的抗蠕变性能和抗氧化性能等特点，被视为最有希望取代镍基高温合金
(7.9
～
9.5g/cm3)
的轻质耐热结构材料之一
。
为了满足航空航天以及汽车行业对各种轻量化复杂零部件的需求，开发具有优异超塑性成形能力的
TiAl
合金是十分有必要的
。
[0003]大量的研究普遍认为只有具有细小等轴晶
(<10
μ
m)
的显微组织才能在低温和高应变速率条件下获得优异超塑性变形能力，而
TiAl
合金板材的制备技术往往伴随着显微组织粗大或不均匀等现象，加之其变形过程中的应变速率过低和温度较高等因素一直限制了超塑性成形方法在
TiAl
合金中的应用
。
目前主要是通过精细
、
复杂的热机械加工工艺，如多步热锻
、
热挤压和复合热加工等方法获得超细等轴晶粒组织，从而实现
TiAl
合金的超塑性变形，尽管这些制备方法所获得的零件表现出良好的超塑性性能，但是由于制备成本高
、
工艺复杂以及挤压棒材或热锻坯料的尺寸受限，因此不适合制备大尺寸复杂的超塑性零件，限制其大规模的生产和工业应用
。
之前报道的“Low
‑
temperature superplasticity of
β
‑
stabilized Ti
‑
43Al
‑
9V
‑
Y alloy sheet with bimodal
γ
‑
grain
‑
size distribution”中所获得的具有双尺度
γ
晶粒的显微组织如图1所示，其超塑性在温度为
900℃
，应变速率为
0.0002s
‑1的条件下，延伸率只为
360
％，如图2所示
。

技术实现思路

[0004]本专利技术是要解决现有的
TiAl
合金制备方法成本高
、
工艺复杂以及挤压棒材或热锻坯料的尺寸受限，不适合制备大尺寸复杂的超塑性零件的技术问题，而提供一种具有混合层片微结构的超塑性
TiAl
合金板材的制备方法
。
[0005]本专利技术具有混合层片微结构的超塑性
TiAl
合金板材的制备方法是按以下步骤进行的：
[0006]一
、TiAl
合金坯料的准备：采用锻造的方法获得
TiAl
合金预制坯料，然后依次进行去应力退火和热等静压处理从而消除坯料中的残余应力和孔隙的缺陷；
[0007]所述的
TiAl
合金的化学成分为：
Ti
‑
(40
～
48)Al
‑
(3
～
9)X
‑
(0.01
～
0.3)Z
，其中
X
为
β
相稳定元素，添加
β
相稳定元素使
β
相含量为
15
％～
20
％；
Z
为微合金化元素；
[0008]二
、
包套：采用机械加工的方法将步骤一热等静压处理后的
TiAl
合金预制坯料加工成长方体坯料，再进行表面打磨，然后将
TiAl
合金坯料置于具有凹槽的不锈钢或钛合金包套中进行焊合，得到包套的
TiAl
合金坯料；
[0009]三
、
轧制阶段：将步骤二得到的包套的
TiAl
合金坯料放进保温炉中，初始轧制温度选择在
TiAl
合金的
α
(
α2)+
β
(B2)+
γ
三相区
(
该轧制温度选择在不完全转变三相区即有序
‑
无序相共存相区温度，有序的
α2和
B2
相未完全转变为无序的
α
和
β
相
)
，在该温度下进行保温
3h
～
8h(
保温时间过短会导致相变不完全，保温时间过长会导致晶粒的异常长大
)
，然后将包套的
TiAl
合金坯料置于轧机上进行轧制，轧制总变形量在
50
％～
90
％，轧制过程中进行道次回炉保温，道次回炉保温时间为
10min
～
30min
；
[0010]四
、
去应力退火：将步骤三得到的包套的
TiAl
合金板材放入保温炉中，在
β
+
γ
→
α2相变温度区间进行去应力退火，保温
8h
～
15h
，然后随炉冷却至室温
(
使组织中生成
α2/
γ
层片，保温时间过短会导致组织无
α2/
γ
层片结构生成，保温时间过长使晶粒进一步长大，降低
TiAl
合金板材的超塑性性能
)
；
[0011]五
、
去除包套：采用机械加工的方法去除步骤四中
TiAl
合金板材的包套，得到具有混合层片微结构
TiAl
合金板材
。
[0012]本专利技术选取高
β
相含量
(15
％～
20
％
)
的
TiAl
合金为原始材料，通过优化热轧制工艺参数，选择在
α
(
α2)+
β
(B2)+
γ
三相低温区进行多道次轧制，往复回炉保温，使其板材组织中粗大的
β
和
γ
晶粒进行重新再结晶析出，促使层片状的
γ
相从粗大的
β
相基体中析出，形成不规则的
β
/
γ
层片组织；后续在
β
+
γ
→
α2相变温度区间进行去应力退火，诱导形成规则的
α2/
γ
层片结构，最终本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有混合层片微结构的超塑性
TiAl
合金板材的制备方法，其特征在于具有混合层片微结构的超塑性
TiAl
合金板材的制备方法是按以下步骤进行的：一
、TiAl
合金坯料的准备：采用锻造的方法获得
TiAl
合金预制坯料，然后依次进行去应力退火和热等静压处理；所述的
TiAl
合金的化学成分为：
Ti
‑
(40
～
48)Al
‑
(3
～
9)X
‑
(0.01
～
0.3)Z
，其中
X
为
β
相稳定元素；
Z
为微合金化元素；二
、
包套：采用机械加工的方法将步骤一热等静压处理后的
TiAl
合金预制坯料加工成长方体坯料，再进行表面打磨，然后将
TiAl
合金坯料置于具有凹槽的不锈钢或钛合金包套中进行焊合，得到包套的
TiAl
合金坯料；三
、
轧制阶段：将步骤二得到的包套的
TiAl
合金坯料放进保温炉中，初始轧制温度选择在
TiAl
合金成分的
α
(
α2)+
β
(B2)+
γ
三相区，保温
3h
～
8h
，然后将包套的
TiAl
合金坯料置于轧机上进行轧制，轧制总变形量在
50
％～
90
％，轧制过程中进行道次回炉保温，道次回炉保温时间为
10min
～
30min
；四
、
去应力退火：将步骤三得到的包套的
TiAl
合金板材放入保温炉中，在
β
+
γ
→
α2相变温度区间进行去应力退火，保温
8h
～
15h
，然后随炉冷却至室温；五
、
去除包套：采用机械加工的方法去除步骤四中
TiAl
合金板材的包套，得到具有混合层片微结构
TiAl
合金板材
。2.
根据权利要求1所述的一种具有混合层片微结构的超塑性
TiAl
合金板材的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，黄陆军，喻启元，贾自远，耿林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：