大尺寸等温锻造模具用TZM合金及其制备工艺和用途的制作方法

本发明涉及合金制备，具体提供一种大尺寸等温锻造模具用tzm合金及其制备工艺和用途。

背景技术：

1、随着我国航空航天技术的快速发展，航空发动机作为航空武器装备的核心，需要具备更大的推重比来承载更大的负载，热端部件需要承受更高的温度载荷，如燃烧室、涡轮盘、叶片等，这就需要高温结构材料具有更好的性能。由于高温合金存在锻造成形温度范围窄、变形抗力大的特点，需要在一定的锻造温区内使其发生塑性变形，目前航空发动机关键部件如涡轮盘多采用等温锻造方式。随着航空发动机的不断更新换代，更高的发动机推重比为主要发展目标，这就要求航空发动机热端部件材料具有更高的抗热疲劳性能。如tial金属间化合物是一种发展前景良好的轻质结构材料，其等温锻造温度则需要在1100℃以上，热端部件材料的发展对等温锻造模具材料提出了更高要求。为研制出能在更高温度下使用的等温锻造模具材料，研究者将目光聚焦于高熔点难熔金属。金属钼是难熔金属之一，熔点高达2620℃，在自然界单质中排名第六，其室温加工性能较好，因此考虑将钼及其合金应用于制备大尺寸等温锻造模具。

2、tzm合金具有高熔点(2617℃)，优异高温强度、高的刚度、低热膨胀系数、高导热系数、以及良好的抗蠕变性能，因此适合用于研制大尺寸真空等温锻造模具材料。目前一些国家在1000℃以上的真空等温锻造模具材料采用tzm合金。为了紧跟国际先进水平，提升我国自主研制生产能力，需要迅速开展等温锻造模具用tzm合金的相关研究，并探索tzm合金热加工过程中的组织性能演变规律。

3、通过热等静压可以修复粉末烧结态tzm合金缺陷，提升粉末烧结态tzm合金的致密度，并改善tzm合金加工性能，但对tzm合金组织调控作用有限。而采用热变形方式可以进一步减少坯料中的孔洞缺陷，还可以细化晶粒，引入高密度亚结构强化作用，提高材料性能。目前对于tzm合金的热变形研究，国内主要以轧制为主，tzm合金也多以板材的形式存在，而板材会限制合金制品的尺寸，对大尺寸等温锻造模具用tzm合金的热变形研究相关报道很少，并且对tzm合金锻造过程中组织性能演变规律报道较少。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明第一目的在于提供一种大尺寸等温锻造模具用tzm合金的制备工艺。

2、本发明的第二目的在于提供上述制备工艺制备得到的tzm合金。

3、本发明的第三目的在于提供上述tzm合金的用途。

4、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

5、一种大尺寸等温锻造模具用tzm合金的制备工艺，包括以下步骤：

6、s1：对tzm合金粉末依次进行球磨、冷等静压和烧结，得到pm态tzm合金坯料；

7、冷等静压的压力为140～160mpa，烧结的条件为2000～2100℃烧结2.5～3.5h；

8、s2：对s1中pm态tzm合金坯料进行热等静压，得到pm+hip态tzm合金坯料；

9、热等静压的条件为1200～1400℃和120～140mpa处理2～3h；

10、s3：对s2中pm+hip态tzm合金坯料进行锻造，得到大尺寸等温锻造模具用tzm合金；

11、锻造的条件为锻造起始温度设定为1300～1500℃，终锻温度设定为1100～1200℃，锻造过程变形量控制≥40％，之后将tzm合金锭返回至高温炉继续加热至锻造温度，锻造完成后随炉冷至室温。

12、进一步地，该s1中tzm合金粉末包括：tih2粉0.45％～0.65％，粒度2～5μm；zrh2粉0.10％～0.15％，粒度2～5μm；c粉0.04％～0.08％，粒度1～2μm；其余为钼粉，粒度2～5μm。

13、进一步地，该s1中球磨的条件包括：球磨转速240～260r/min，球料比2：1，球磨时间2h。

14、进一步地，该s1中烧结采用氢气作为保护气体。

15、进一步地，该s2中热等静压的条件为：使用不锈钢作为包套材料，置于脱气炉中进行抽气并焊合包套，之后置于热等静压机中，采用惰性气体作为压力气体，加热温度为1200～1400℃，压力为120～140mpa，热等静压后随炉冷至室温。

16、进一步地，该惰性气体为氩气。

17、进一步地，该加热温度为1300℃，该压力为130mpa。

18、进一步地，该s3中锻造的起始温度设定为1400℃，终锻温度设为1150℃。

19、上述制备工艺制备得到的tzm合金。

20、上述tzm合金在制备大尺寸等温锻造模具中的用途。

21、与现有技术相比，本发明的技术效果为：

22、(1)本发明采用粉末冶金+热等静压+锻造工艺制备了tzm合金，提供了完整的工艺参数与加工方案，可实现大尺寸等温锻造模具用tzm合金的制备，合金致密度达到98.5％，平均晶粒尺寸51μm，硬度达到259hv，600℃抗拉强度为672mpa。1200℃抗拉强度为398mpa。使用该工艺可以制备得到高致密度、高硬度、高强度的tzm合金坯料。

23、(2)本发明采用hip修复和消除pm状态空洞缺陷，提高合金致密度，与锻造工艺相结合改善合金综合性能；

24、(3)本发明采用锻造作为热变形方式，有效提升tzm合金致密度与高温强度，锻后晶粒内部形成大量亚结构，起到形变强化作用。

25、(4)本发明采用粉末冶金+热等静压+锻造工艺，相比常规的轧制方式，该工艺得到的tzm合金坯料更适合作为大尺寸等温锻造模具材料。

技术特征：

1.一种大尺寸等温锻造模具用tzm合金的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述s1中tzm合金粉末包括：tih2粉0.45％～0.65％，粒度2～5μm；zrh2粉0.10％～0.15％，粒度2～5μm；c粉0.04％～0.08％，粒度1～2μm；其余为钼粉，粒度2～5μm。

3.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述s1中球磨的条件包括：球磨转速240～260r/min，球料比2：1，球磨时间2h。

4.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述s1中烧结采用氢气作为保护气体。

5.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述s2中热等静压的条件为：使用不锈钢作为包套材料，置于脱气炉中进行抽气并焊合包套，之后置于热等静压机中，采用惰性气体作为压力气体，加热温度为1200～1400℃，压力为120～140mpa，热等静压后随炉冷至室温。

6.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，所述惰性气体为氩气。

7.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，所述加热温度为1300℃，所述压力为130mpa。

8.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述s3中锻造的起始温度设定为1400℃，终锻温度设为1150℃。

9.权利要求1～8任一项所述的制备工艺制备得到的tzm合金。

10.权利要求9所述的tzm合金在制备大尺寸等温锻造模具中的用途。

技术总结
本发明涉及合金制备技术领域，具体提供一种大尺寸等温锻造模具用TZM合金及其制备工艺和用途。本发明采用粉末冶金+热等静压+锻造工艺制备了TZM合金，提供了完整的工艺参数与加工方案，可实现大尺寸等温锻造模具用TZM合金的制备。使用该工艺可以制备得到高致密度、高硬度、高强度的TZM合金坯料。

技术研发人员：翟月雯,周乐育,樊振宇,姜超,羊浩,边翊
受保护的技术使用者：中国机械总院集团北京机电研究所有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15