[发明专利]一种TiAl合金开坯锻造的方法

说明书

一种TiAl合金开坯锻造的方法，通过控制变形温度、压机压下速率、变形量等工艺参数，使得原始组织中的片层发生破碎、球化。同时充分利用了锻后保温过程发生的亚动态再结晶现象，锻后对锻饼保温，充分将锻造过程中锻饼所储存的能量转化为了组织发生亚动态再结晶的驱动力，从而使得组织均匀性较好，获得组织均匀细小的锻饼。当铸锭高径比h:d>2:1时，与传统的沿铸锭轴向方向进行开坯锻造的方法相比，本发明不会出现双鼓肚现象，从而不会限制铸锭的高径比h:d≤2:1，可以对任意高径比的TiAl合金铸锭进行开坯锻造，从而节约开坯锻造成本。

技术领域

本发明涉及金属间化合物锻造领域，具体来说是一种TiAl合金开坯锻造的方法。

背景技术

随着航空航天领域的高速发展，对在航空航天领域使用的材料提出了更高的要求，因此，具有轻质、耐高温以及良好的力学性能等特点的金属材料成为重要的发展方向。作为一种金属间化合物合金，TiAl合金的使用温度可以达到700-850℃，且其具有低密度、高比强度、良好的高温抗氧化性以及抗蠕变性等特点，被认为是极具应用潜力的轻质高温结构金属材料。

锻造工艺作为合金铸锭开坯锻造的一种重要工艺，可以消除铸锭缺陷(如：缩孔、缩松等)，改善合金组织。但由于TiAl合金具有本征脆性，其热加工窗口较窄，在传统的一次锻造过程中，铸锭容易出现开裂现象，限制了TiAl合金的应用。并且在锻造过程中，锻机压头和锻饼两端之间存在摩擦，使得铸锭变形不均匀，从而导致锻后的锻饼微观组织不均匀。因此，常采用“少量多次”的锻造方法来进行TiAl合金的开坯锻造——即多道次锻造。多道次锻造可以分为锻造和锻后保温两个过程。在锻造过程中，TiAl合金的原始片层组织会发生破碎，并且会发生动态再结晶行为，使得组织球化、均匀。而在锻后的保温过程中，TiAl合金会发生亚动态再结晶行为，使得锻饼组织进一步均匀。通过制定恰当的开坯锻造工艺，充分利用多道次锻造过程发生的动态再结晶以及亚动态再结晶现象，可以获得组织均匀细小的TiAl合金锻饼。因此，国内外学者对TiAl合金锻造过程作出了大量研究。

通过专利检索发现，一种TiAl合金等温锻造的方法已被吕维洁等人在公开发明专利(公开号为102312181B)中提出。该专利通过对无缺陷TiAl合金在1150℃～1250℃保温2～2.5小时，然后将其沿着材料轴向方向进行等温锻造，初次变形量控制在5％以内，反复压制2次后回炉加热，在1150℃～1250℃保温0.5～1小时后，重复上述锻造过程，直至得到预设厚度的板状TiAl合金。该方法能成型TiAl合金板材，沿材料轴向方向进行等温锻造，每道次变形量为5％。此外，在我们之前所申请的专利《近β钛合金Ti-7333的开坯锻造方法》(专利号为201410093017.6)中，介绍了一种“两镦两拔”的开坯锻造工艺，但由于开辟锻造过程中含有沿轴向方向的锻造过程，因此，限制了坯料高度与直径之比＜2:1。而本专利每道次的锻造变形量远大于5％，且锻造方向为沿铸锭直径方向，不限制铸锭的高径比。