专利名称：一种提高TiAl合金热加工性能的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高合金热加工性能的方法。
背景技术：
高温结构材料的研究与应用是21世纪航空航天推进系统实现革命性变革和发展 的重要因素。TiAl金属间化合物以其优异的高温性能成为当前国内外广泛关注和迅速发展 的新型轻质高温结构材料，并己步入实用化研究阶段。NASA报告指出，到2020年TiAl基合 金及其复合材料的用量在航空航天发动机中将占有20%左右的份额。通过对TiAl基合金显微组织的控制和优化，获取具有细晶全层片组织形态的合 金，可以基本解决其拉伸强度、塑性与断裂/蠕变抗力成反比关系的缺陷，但TiAl基合金实 用化的缺点(室温塑性低、高温热加工性能差，以及800°C以上的抗氧化性能不足的缺点) 依然存在为了提高TiAl合金的热加工性能，通常的方法包括以下几种大量使用β稳定元 素，从而使得材料中具有大量的热加工性能优异的β相(体积分数大于30%)；制备具有 双态组织或者近gamma组织的原始铸态组织；加入Y(0. 3at. % )元素或者B (0. 2at. % )元 素细化原始的铸态组织；采用多步热机械处理工艺。但是，大量的研究证明β相的引入将 削弱材料自身的蠕变性能；具备双态组织或者近gamma组织的材料其综合力学性能不能够 达到最佳匹配，耐高温性能差，难以满足使用需求；加入细化剂可以从一定程度上解决其高 温热加工性能差的难题，但是其改善效果依然无法满足其实际生产需求；多步热机械处理 工艺得到的TiAl合金的热加工窗口也很窄，只能采用钼合金在保护气氛下进行等温锻造， 其成本十分高昂。
发明内容
本发明是为了解决现有提高TiAl合金的热加工性能的方法制作成本高、制作得 到的TiAl合金高温热加工性能差、热加工窗口窄的问题，而提供了一种提高TiAl合金热加 工性能的方法。本发明提高TiAl合金热加工性能的方法按照如下步骤进行—、熔炼先将Mo元素添加到TiAl合金中，然后采用水冷铜坩埚感应熔炼法制得 TiAl合金铸锭；二、热等静压将TiAl合金铸锭在温度为1250 1280°C、压力为130 140Mpa的 条件下保温处理4 5h，而后随炉冷却并出炉；三、均勻化退火将经热等静压处理后得到的TiAl合金铸锭在温度为1250 1300°C条件下保温处理12 24h，而后随炉冷却并出炉；四、电火花线切割将经均勻化退火处理后得到的TiAl合金铸锭切割成圆柱体铸 锭；五、包套封焊将圆柱体铸锭表面先喷涂厚度为0. 1 0. 15mm的玻璃润滑剂，再包裹厚度为2 7mm的硅酸铝纤维得到基体，然后将基体放置于不锈钢管的中部并将不锈钢 管的两端采用厚度为2 7mm的不锈钢板进行焊接封装，得坯料；六将坯料表面进行清洗，然后涂覆厚度为0. 1 0. 15mm的玻璃润滑剂，而后在温 度为1200 1400°C条件下保温处理3 4h，随后在空气中放置10 30s，再在挤压比大 于7的条件下进行热挤压，即提高了 TiAl合金热加工性能；其中步骤一中Mo元素添加量占 TiAl合金总重量的0. 5% 2. 5% ；步骤五中不锈钢管的壁厚为2 7mm。本发明的制作方法中加入的β相稳定元素(Mo)，利用β相稳定元素的偏析现象， 再通过热加工的方法，使β相均勻分布，提高了 TiAl合金的高温热加工性能，且由于本发 明方法中β相稳定元素的含量(Mo元素添加量占TiAl合金总重量的0. 5% 2. 5% )较 少，可通过后继的均勻化热处理去除β相，在提高热加工性能的同时，本发明方法不存在 削弱材料自身的蠕变性能的问题，本发明制作得到的TiAl合金热加工窗口向低温方向扩 展了 50 100°C，可以在大气环境下使用镍基高温合金模具进行等温锻造，从而使锻造效 率提高3倍以上，本发明制作得到的TiAl合金的热加工窗口宽、高温热加工性能好；本发明 的方法制作工艺简单，对设备的要求低，极大的降低了生产成本，与现有提高TiAl合金的 多步热机械处理提高热加工性能的方法相比较，成本降低了 50%以上。
图1为具体实施方式
九步骤一中使用水冷铜坩埚感应熔炼法熔制TiAl合金铸锭 时电流、电压及功率控制图；图2为具体实施方式
九步骤一中制作得到的TiAl合金铸锭的 组织结构图；图3为具体实施方式
九中TiAl合金的组织结构图；图4是采用现有多步热机 械处理方法制备得到的TiAl合金热加工效果图；图5为具体实施方式
九制作得到的TiAl 合金热加工效果图。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的 任意组合。
具体实施方式
一本实施方式提高TiAl合金热加工性能的方法按照如下步骤进 行一、熔炼先将Mo元素添加到TiAl合金中，然后采用水冷铜坩埚感应熔炼法制得 TiAl合金铸锭；二、热等静压将TiAl合金铸锭在温度为1250 1280°C、压力为130 140Mpa的 条件下保温处理4 5h，而后随炉冷却并出炉；三、均勻化退火将经热等静压处理后得到的TiAl合金铸锭在温度为1250 1300°C条件下保温处理12 24h，而后随炉冷却并出炉；四、电火花线切割将经均勻化退火处理后得到的TiAl合金铸锭切割成圆柱体铸 锭；五、包套封焊将圆柱体铸锭表面先喷涂厚度为0. 1 0. 15mm的玻璃润滑剂，再包裹厚度为2 7mm的硅酸铝纤维得到基体，然后将基体放置于不锈钢管的中部并将不锈钢 管的两端采用厚度为2 7mm的不锈钢板进行焊接封装，得坯料；
六将坯料表面进行清洗，然后涂覆厚度为0. 1 0. 15mm的玻璃润滑剂，而后在温 度为1200 1400°C条件下保温处理3 4h，随后在空气中放置10 30s，再在挤压比大 于7的条件下进行热挤压，即提高了 TiAl合金热加工性能；其中步骤一中Mo元素添加量占 TiAl合金总重量的0. 5% 2. 5% ；步骤五中不锈钢管的壁厚为2 7mm。本实施方式步骤一中将Mo元素以中间合金的方式添加到TiAl合金中。本实施方式步骤四中电火花线切割的切割速度为0. 05mm/s。本实施方式制作得到的TiAl合金热加工窗口向低温方向扩展了 50 100°C，还可 以在大气环境下使用镍基高温合金模具进行等温锻造，锻造效率提高3倍以上，本实施方 式制作得到的TiAl合金的热加工窗口宽、高温热加工性能好；本实施方式的方法制作工艺 简单，反应条件温和，对设备的要求低，极大的降低了生产成本，与现有提高TiAl合金的热 加工性能的多步热机械处理方法相比较，成本降低了 50%以上。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二中温度为 1270°C、压力为135Mpa的条件下保温处理4. 5h。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一至二不同的是步骤三中在温度 为1270°C条件下保温处理16h。其它步骤及参数与具体实施方式
一至二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三不同的是步骤五中喷涂厚 度为0. 12mm的玻璃润滑剂，包裹厚度为5mm的硅酸铝纤维得到基体，用厚度为5mm的不锈 钢板进行焊接封装。其它步骤及参数与具体实施方式
一至三相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四不同的是步骤六中涂覆厚 度为0. 12mm的玻璃润滑剂。其它步骤及参数与具体实施方式
一至四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五不同的是步骤六中在温度 为1300°C条件下保温处理3.5h。其它步骤及参数与具体实施方式
一至五相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六不同的是步骤六中在空气 中放置15s。其它步骤及参数与具体实施方式
一至六相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至七不同的是步骤六中挤压比 为7 19。其它步骤及参数与具体实施方式
一至七相同。
具体实施方式
九本实施方式提高TiAl合金热加工性能的方法按照如下步骤进 行一、熔炼先将Mo元素添加到TiAl合金中，然后采用水冷铜坩埚感应熔炼法制得 TiAl合金铸锭；二、热等静压将TiAl合金铸锭在温度为1270°C、压力为135Mpa的条件下保温处 理4 5h，而后随炉冷却并出炉；三、均勻化退火将经热等静压处理后得到的TiAl合金铸锭在温度为1270°C条件 下保温处理16h，而后随炉冷却并出炉；四、电火花线切割将经均勻化退火处理后得到的TiAl合金铸锭切割成圆柱体铸 锭；五、包套封焊将圆柱体铸锭表面先喷涂厚度为0. 12mm的玻璃润滑剂，再包裹厚 度为6mm的硅酸铝纤维得到基体，然后将基体放置于不锈钢管的中部并将不锈钢管的两端 采用厚度为5mm的不锈钢板进行焊接封装，得坯料；
六将坯料表面进行清洗，然后涂覆厚度为0. 12mm的玻璃润滑剂，而后在温度为1300°C条件下保温处理3. 5h，随后在空气中放置20s，再在挤压比大于7的条件下进行热 挤压，即提高了 TiAl合金热加工性能；其中步骤一中Mo元素添加量占TiAl合金总重量的 0. 15% ；步骤五中不锈钢管的壁厚为5mm。本实施方式制作得到的TiAl合金热加工窗口向低温方向扩展了 50 100°C，还可 以在大气环境下使用镍基高温合金模具进行等温锻造，锻造效率提高了 4倍，本实施方式 制作得到的TiAl合金的热加工窗口宽、高温热加工性能好；本实施方式的方法制作工艺简 单，反应条件温和，对设备的要求低，极大的降低了生产成本，与现有提高TiAl合金的热加 工性能的多步热机械处理方法相比较，成本降低了 90%。本实施方式步骤一中使用水冷铜坩埚感应熔炼法熔制TiAl合金铸锭时电流、电 压及功率控制如图1所示，图1中■表示电压(V)，Δ表示电流㈧，□表示功率(KW)。图2是本实施方式步骤一制作得到的TiAl合金铸锭的组织结构图，从图2可以看 出β相存在偏聚现象。图3是本实施方式得到的TiAl合金的组织结构图，从图1可以看出本实施方式的 TiAl合金组织细小，β相分布均勻。图4是采用现有多步热机械处理方法制备得到的TiAl合金热加工效果图，图4中 □表示开裂， 表示完好；图5为本实施方式得到的TiAl合金热加工效果图，图5中□表示 开裂， 表示完好；通过图4和图5可以看出本实施方式的热加工图中的完好数量明显多于 采用现有方法制备得到的TiAl合金。本发明利用TiAl合金中β相稳定元素的偏析现象，通过加入β相稳定元素的方 法，引入一定量的β相，并且通过热加工的方法改善其分布形态，而后通过均勻化热处理 过程能够消除β偏析，得到全层片组织形态，则β相的引入带来的热加工性能提升的效果 将得以保留，而其削弱材料自身的蠕变性能的缺点得以避免。
权利要求
一种提高TiAl合金热加工性能的方法，其特征在于提高TiAl合金热加工性能的方法按照如下步骤进行一、熔炼先将Mo元素添加到TiAl合金中，然后采用水冷铜坩埚感应熔炼法制得TiAl合金铸锭；二、热等静压将TiAl合金铸锭在温度为1250～1280℃、压力为130～140MPa的条件下保温处理4～5h，而后随炉冷却并出炉；三、均匀化退火将经热等静压处理后得到的TiAl合金铸锭在温度为1250～1300℃条件下保温处理12～24h，而后随炉冷却并出炉；四、电火花线切割将经均匀化退火处理后得到的TiAl合金铸锭切割成圆柱体铸锭；五、包套封焊将圆柱体铸锭表面先喷涂厚度为0.1～0.15mm的玻璃润滑剂，再包裹厚度为2～7mm的硅酸铝纤维得到基体，然后将基体放置于不锈钢管的中部并将不锈钢管的两端采用厚度为2～7mm的不锈钢板进行焊接封装，得坯料；六将坯料表面进行清洗，然后涂覆厚度为0.1～0.15mm的玻璃润滑剂，而后在温度为1200～1400℃条件下保温处理3～4h，随后在空气中放置10～30s，再在挤压比大于7的条件下进行热挤压，即提高了TiAl合金热加工性能；其中步骤一中Mo元素添加量占TiAl合金总重量的0.5％～2.5％；步骤五中不锈钢管的壁厚为2～7mm。
2.根据权利要求1所述一种提高TiAl合金热加工性能的方法，其特征在于步骤二中温 度为1270°C、压力为135MPa的条件下保温处理4. 5h。
3.根据权利要求1或2所述一种提高TiAl合金热加工性能的方法，其特征在于步骤三 中在温度为1270°C条件下保温处理16h。
4.根据权利要求3所述一种提高TiAl合金热加工性能的方法，其特征在于步骤五中喷 涂厚度为0. 12mm的玻璃润滑剂，包裹厚度为5mm的硅酸铝纤维得到基体，用厚度为5mm的 不锈钢板进行焊接封装。
5.根据权利要求1、2或4所述一种提高TiAl合金热加工性能的方法，其特征在于步骤 六中涂覆厚度为0. 12mm的玻璃润滑剂。
6.根据权利要求6所述一种提高TiAl合金热加工性能的方法，其特征在于步骤六中在 温度为1300°C条件下保温处理3. 5h。
7.根据权利要求1、2、4或6所述一种提高TiAl合金热加工性能的方法，其特征在于步 骤六中在空气中放置15s。
全文摘要
一种提高TiAl合金热加工性能的方法，它涉及一种提高合金热加工性能的方法。本发明解决了现有提高TiAl合金的热加工性能的方法制作成本高、制作得到的TiAl合金高温热加工性能差、热加工窗口窄的问题。方法一、熔炼；二、热等静压；三、均匀化退火；四、电火花线切割；五、包套封焊；六、经保温处理、热挤压即提高了TiAl合金的热加工性能。本发明制作得到的TiAl合金的热加工窗口宽、高温热加工性能好，且本发明的制作方法与现有提高TiAl合金的热加工性能的多步热机械处理方法相比较，成本降低50％以上。
文档编号B23P23/04GK101817143SQ20101030043
公开日2010年9月1日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者单德彬, 吕炎, 张 浩, 徐文臣, 柏杨 申请人:哈尔滨工业大学