TiAl合金及其锻造方法技术

本发明专利技术公开了一种TiAl合金及其锻造方法，属于合金材料加工技术领域，该方法包括：熔炼制备TiAl合金铸锭，所述TiAl合金的主体系为Ti

【技术实现步骤摘要】
TiAl合金及其锻造方法


[0001]本专利技术涉及合金材料加工
，尤其涉及一种TiAl合金及其锻造方法。

技术介绍

[0002]相比传统Fe、Ni基合金，TiAl合金具有低密度，高比强度、高比模量，良好的抗髙温疲劳、抗蠕变和耐腐蚀等特性，是航空航天、先进舰船、无人机、汽车等发动机领域极具竞争力的尖端战略结构材料。
[0003]由于TiAl合金属于金属间化合物，有效热加工窗口窄，实际热锻变形过程中对变形温度、变形速率要求极为苛刻，即普遍要求采用近等温或包套等特殊热锻变形工艺，存在锻造成本高的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种TiAl合金及其锻造方法，旨在解决目前的TiAl合金需要采用特殊热锻变形工艺而导致的锻造成本高的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种TiAl合金的锻造方法，该方法包括：
[0006]熔炼制备TiAl合金铸锭，所述TiAl合金的主体系为Ti
‑
Al
‑
Mn
‑
X，其中，X为Mo、W、Nb元素中的至少一种；
[0007]对所述TiAl合金铸锭进行加热保温处理；
[0008]在无包套、非等温环境下，对所述TiAl合金铸锭进行锻造，将所述TiAl合金铸锭加工至预设尺寸。
[0009]可选地，以原子百分比计，所述TiAl合金铸锭的成分包括41.0％
‑
46.0％的Al、1.0％
‑
4.0％的Mn、0.1％
‑
6.0％的X、0.1％
‑
0.3％的B、0.1％
‑
0.3％的C、0％
‑
0.3％的Si、0
‑
0.1％的Y，余量为Ti。
[0010]可选地，所述X为2.0％
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3.5％的Nb和/或0.3％
‑
1.5％的Mo和/或0.1％
‑
1.0％的W。
[0011]可选地，所述TiAl合金铸锭中Ti、Al和Mn的元素成分偏差小于0.2wt.％，W、Mo和Nb的元素成分偏差小于0.1wt.％。
[0012]可选地，所述TiAl合金铸锭中还包括杂质元素O、N和H，其中，O元素含量小于0.08wt.％，N元素含量小于0.0020wt.％，H元素含量小于0.0020wt.％。
[0013]可选地，所述对所述TiAl合金铸锭进行锻造的步骤包括：
[0014]若所述TiAl合金铸锭的长径比大于1.5，则对直接对所述TiAl合金铸锭进行拔长锻造；
[0015]若所述TiAl合金铸锭的长径比小于或等于1.5，则对所述TiAl合金铸锭进行镦粗锻造或先镦粗后拔长锻造。
[0016]可选地，拔长锻造和镦粗锻造采用锻压机，所述锻压机的压下速度为10
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60mm/s。
[0017]可选地，所述锻造方式为多火多道次锻造，每火次的终锻温度大于1100℃。
[0018]可选地，所述TiAl合金铸锭的锻造累积变形量大于50％。
[0019]此外，为实现上述目的，本专利技术还提供一种TiAl合金，采用如上文所述的TiAl合金的锻造方法制备得到。
[0020]本专利技术提供的TiAl合金及其锻造方法，采用Ti
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Al
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Mn
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X作为合金主体系，其中，X为Mo、W、Nb元素中的至少一种，改善TiAl合金在高温环境下的热变形性，拓宽TiAl合金的热加工窗口，同时还能保证TiAl合金的良好抗氧化性，因此，可以降低对锻造条件的要求，采用较为简单的无包套、非等温锻造方式进行锻造，锻造后得到符合使用需求的合金锻件，极大地降低了锻造成本。
附图说明
[0021]图1为本专利技术TiAl合金的锻造方法一个实施例的流程示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例1铸棒锻造前的外观图；
[0023]图3为本专利技术实施例1铸棒加热的场景示意图；
[0024]图4为本专利技术实施例1铸棒第一火次锻造的场景示意图；
[0025]图5为本专利技术实施例1铸棒第二火次锻造的场景示意图；
[0026]图6为本专利技术实施例1铸棒锻造后的外观图；
[0027]图7为本专利技术实施例2铸锭锻造前的外观图；
[0028]图8为本专利技术实施例2中1/2铸锭的外观图；
[0029]图9为本专利技术实施例2铸锭第五火次锻造的场景示意图；
[0030]图10为本专利技术实施例2铸锭锻造后的外观图。
[0031]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0032]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0033]由于TiAl合金属于金属间化合物，有效热加工窗口窄，实际热锻变形过程中对变形温度、变形速率要求极为苛刻，即普遍要求采用近等温或包套等特殊热锻变形工艺。如目前有一种适合Ti
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48Al
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2Cr
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2Nb合金热锻变形的加工方法，要求同时满足5mm厚的Q235包套、近等温双重条件，且热锻变形的应变速率仅为0.3mm/s。该类热锻变形方法往往对锻造设备条件要求高，且具有工序繁琐、效率低、成本昂贵等问题，很大程度上限制了TiAl合金变形件的商业应用进程。
[0034]为了降低TiAl合金部件的制造成本，亟需开发出可实现TiAl合金低成本热锻变形的工艺方法。围绕这一主题，又出现了在无包套条件下对TiAl合金进行热锻变形的方法，在一定程度上降低了TiAl合金的锻造变形成本，但是仍然要求对TiAl合金增加坯料预热处理、预处理后合金滚涂2～3mm厚度玻璃润滑粉，以及需要保温棉层等工序，这也将在很大程度上使得TiAl合金锻造变形依然存在工序繁琐、变形效率低等问题。
[0035]本专利技术的目的是提供一种简易快捷、普适性强的TiAl合金低成本锻造方法，即无需坯料预处理、无需包套等温的锻造变形方法，这将对TiAl合金的大规模应用发挥有力的促进作用。
[0036]本专利技术实施例提供了一种TiAl合金的锻造方法，参照图1，图1为本专利技术TiAl合金的锻造方法一个实施例的流程示意图。
[0037]本实施例中，所述TiAl合金的锻造方法包括：
[0038]步骤S10，熔炼制备TiAl合金铸锭，所述TiAl合金的主体系为Ti
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Al
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Mn
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X，其中，X为Mo、W、Nb元素中的至少一种；
[0039]TiAl合金铸锭的熔炼可以采用一次真空感应，或真空感应加真空自耗的工艺。真空感应指在真空条件下，利用电磁感应在金属导体内产生涡流加热炉料进行熔炼的冶金方法，可以准确控制合金成分。真空自耗冶炼是指真空下，被熔材料作为一电极，水冷铜坩埚为另一电极，在两极间引弧，被熔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TiAl合金的锻造方法，其特征在于，所述TiAl合金的锻造方法包括以下步骤：熔炼制备TiAl合金铸锭，所述TiAl合金的主体系为Ti
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Al
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Mn
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X，其中，X为Mo、W、Nb元素中的至少一种；对所述TiAl合金铸锭进行加热保温处理；在无包套、非等温环境下，对所述TiAl合金铸锭进行锻造，将所述TiAl合金铸锭加工至预设尺寸。2.如权利要求1所述的TiAl合金的锻造方法，其特征在于，以原子百分比计，所述TiAl合金铸锭的成分包括41.0％
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46.0％的Al、1.0％
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4.0％的Mn、0.1％
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6.0％的X、0.1％
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0.3％的B、0.1％
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0.3％的C、0％
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0.3％的Si、0
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0.1％的Y，余量为Ti。3.如权利要求2所述的TiAl合金的锻造方法，其特征在于，所述X为2.0％
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3.5％的Nb和/或0.3％
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1.5％的Mo和/或0.1％
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1.0％的W。4.如权利要求2所述的TiAl合金的锻造方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒磊，张孟殊，李小兵，刘奎，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：