一种高均匀低损耗Ti2AlNb基合金大规格棒材的制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高均匀低损耗Ti2AlNb基合金大规格棒材的制备工艺，具体包括：步骤1)，首先将经β开坯后的铸锭在β相变点以下60～40℃进行镦粗，镦粗变形速率在0.0035s

【技术实现步骤摘要】
一种高均匀低损耗Ti2AlNb基合金大规格棒材的制备工艺


[0001]本专利技术属于钛基金属间化合物加工领域，具体涉及到一种高均匀低损耗Ti2AlNb基合金大规格棒材的制备工艺。

技术介绍

[0002]与传统钛合金相比，Ti2AlNb基合金室温塑性优于γ
‑
TiAl合金，该合金在600～700℃范围内可以长时间使用，短时使用温度甚至可达800℃，且密度显著低于镍基高温合金，因而，Ti2AlNb基合金成为最具潜力的新型金属间化合物基轻质航空航天高温结构材料之一。
[0003]专利《一种Ti2AlNb合金及其棒材的制备方法》(专利号： CN202010305576.4)给出了一种采用挤压的方式制备棒材的方法，但该方法对设备要求较高，并不适用与大规格棒材的制备。专利《大规格Ti2AlNb棒材及其锻造方法和应用》(专利号：CN202011560242.8)采用三维换向的方式使棒材芯部变形充分，但这种变形方式易导致芯部和头部的变形累计差异过大，棒材制备过程中原始铸锭的头尾已于混淆，不符合军品棒材需对铸锭头尾的标定要求。此外由于Ti2AlNb合金的变形抗力较大，采用常规钛合金的镦粗变形速率，芯部温升严重，导致棒材的组织均匀性降低。
[0004]Ti2AlNb合金中的O相、α2相和B2相均为有序结构，合金的塑形较差，大规格棒材在热加工过程中开裂严重，工艺变形极难执行到位，有此导致棒材的冶金质量稳定性差，材料成品率低、生产周期长等问题，提高了材料的成本，制约了材料的推广应用。
[0005]基于此，本专利技术结合Ti2AlNb合金比传统钛合金变形抗力大、温升更严重、更易开裂等特性，采用低温慢速镦粗、高温拔长的方式结合动态再结晶和静态再结晶机理达到细化和均匀化Ti2AlNb合金棒材组织的目的。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，提出了一种高均匀低损耗Ti2AlNb基合金大规格棒材的制备工艺，该工艺采用开坯后的铸锭低温慢速镦粗+高温拔长的方式更好地适应Ti2AlNb合金温升更严重、更易开裂的特性，并且可以充分发挥低温动态再结晶细化组织和高温静态再结晶对组织均匀化的作用，使成品率和组织均匀性均优于传统工艺；具体步骤如下：
[0007]一种高均匀低损耗Ti2AlNb基合金大规格棒材的制备工艺，包括如下步骤：
[0008]步骤1)首先将经β开坯后的铸锭在β相变点以下70～50℃进行镦粗，其中镦粗变形速率在0.0035s
‑1～0.01s
‑1之间，然后锻坯回炉升温至β相变点以下50～30℃拔长，锻后空冷；重复该步骤2～3次然后进行步骤2)；
[0009]步骤2)将经β开坯后的铸锭在β相变点以下120～70℃进行镦粗，其中镦粗变形速率在0.0035s
‑1～0.01s
‑1之间，然后锻坯回炉升温至β相变点以下60～45℃拔长，锻后空冷；重复该步骤2～4次然后进行步骤3)；
[0010]步骤3)最后棒材在β相变点以下100～45℃进行锻造1～4火次完成滚圆成形，即得
到成品。
[0011]所述一种高均匀低损耗Ti2AlNb基合金大规格棒材的制备工艺，其优选方案为，所述Ti2AlNb基合金的质量百分比为，Al：9.5％～13％，Nb： 38.0～46％，Mo：0～1.5％，余量为Ti和其他不可避免的杂质元素。
[0012]所述一种高均匀低损耗Ti2AlNb基合金大规格棒材的制备工艺，其优选方案为，步骤1)中所述β开坯后的铸锭的开坯工艺为：将合金铸锭加热至1150～1250℃，保温10～20h后出炉进行镦拔锻造，要求镦粗锻比不小于 2，且总锻比不小于4，终锻温度不小于1000℃；然后将铸锭加热至β相变点以上10～40℃，进行1～2火次的镦粗和拔长变形，要求每火次的镦粗锻比均不小于2，总锻比不小于4，即得到β相区开坯后的坯料。
[0013]所述一种高均匀低损耗Ti2AlNb基合金大规格棒材的制备工艺，其优选方案为，步骤1)和2)所述的镦粗变形量在45～55％，锻坯的拔长工序可在1～3火次内完成。进一步优选地，合金在镦粗时压机上下锤砧进行预热，且温度不低于250℃，镦粗过程中坯料上下端面覆盖大于20mm后的石棉隔热。
[0014]本专利技术与现有技术相比具有以下优点和有益效果：
[0015]1)本专利技术采用慢速大变形镦粗、有效抑制了棒材芯部的温升，使合金的组织均匀性明显提高，同时单火次低温较大变形可以有效地细化棒材的组织。
[0016]2)结合高温拔长工艺在加热阶段可以促进棒材的静态再结晶，有效地均匀化合金的组织，并减少了修磨量，提高了成品率高。
[0017]3)棒材为双态组织、车光后棒材的成品率可达75％以上，直径在 300～400mm棒材成品率为超声波探伤水平可达到Φ1.2平底孔
‑
6dB。
附图说明
[0018]图1为实施例1制备的Ti2AlNb棒材的锻态组织图片；
[0019]图2为实施例2制备的Ti2AlNb棒材的锻态组织图片。
具体实施方式
[0020]如图1、图2所示，采用直径为680mm的Ti2AlNb基合金铸锭，合金各成分的重量百分比为Al：10.8％，Nb：43％，Mo：0.99％，余量为Ti和其他不可避免的杂质元素，金相法检测合金铸锭的β相变点为1053℃；合金铸锭在1200℃完成初次开坯后又在1080℃完成2火次的镦拔变形，得到Ti2AlNb锻坯，将锻坯在中间均分后进行实施例1和2的棒材制备工艺实验。锻造过程中锤头的预热温度为400℃。
[0021]步骤1)和2)工序镦粗过程中上下端头均覆盖20mm后的石棉，拔长时坯料首先加热至目标温度，然后出炉后采用5mm厚石棉对坯料四周及端部进行包裹，回炉再次保温30min后在出炉进行拔长。
[0022]实施例1：
[0023]步骤1)将锻坯在β相变点以下990℃进行镦粗，其中镦粗变形速率在 0.005s
‑1，镦粗变形量为45％；然后锻坯回炉升温至β相变点以下1010℃拔长，拔长锻比为2，锻后空冷；然后重复该步骤3次后进行步骤2)。
[0024]步骤2)锻坯在β相变点以下950℃进行镦粗，其中镦粗变形速率在 0.004s
‑1，镦粗
变形量为50％；然后锻坯回炉升温至β相变点以下1000℃拔长，拔长锻比为2，锻后空冷。
[0025]步骤3)最后棒材在β相变点以下980℃进行通过3火次锻造完成滚圆成形至Φ312mm，即得到车光后得到Φ301mm的成品棒材。
[0026]所的棒材的成品率为81％，采用Φ2.0平底孔进行手动半声程探伤，棒材的杂波低于
‑
12dB。
[0027]棒材头部和中间取25mm厚的试片，试片经1010℃保温2h后油冷和 780℃保温24h后空冷后的性能见表1。
[0028]表1实施例1中Ti2AlNb锻件的拉伸性能
[0029][0030]实施例2：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高均匀低损耗Ti2AlNb基合金大规格棒材的制备工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1)首先将经β开坯后的铸锭在β相变点以下70～50℃进行镦粗，其中镦粗变形速率在0.0035s
‑1～0.01s
‑1之间，然后锻坯回炉升温至β相变点以下50～30℃拔长，锻后空冷；重复该步骤2～3次然后进行步骤2)；步骤2)将经β开坯后的铸锭在β相变点以下120～70℃进行镦粗，其中镦粗变形速率在0.0035s
‑1～0.01s
‑1之间，然后锻坯回炉升温至β相变点以下60～45℃拔长，锻后空冷；重复该步骤2～4次然后进行步骤3)；步骤3)最后棒材在β相变点以下100～45℃进行锻造1～4火次完成滚圆成形，即得到成品。2.按照权利要求1所述一种高均匀低损耗Ti2AlNb基合金大规格棒材的制备工艺，其特征在于：制造Ti2AlNb基合金大规格棒材中Ti2AlNb基合金的质量百分比为，Al：9.5％～13％，Nb：38.0～...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵子博，王清江，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：