[发明专利]Ti

说明书

Ti₂AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理的方法，它属于难变形材料薄壁构件塑性成形制造技术领域，具体涉及一种Ti₂AlNb基合金空心薄壁构件成形方法。本发明的目的是要解决现有Ti₂AlNb基合金空心薄壁构件难成形、工艺步骤复杂、且形状尺寸精度和组织性能调控矛盾的问题。方法：一、热态气压成形，得到热态气压成形后管件；二、可控冷却热处理，即得到Ti₂AlNb基合金空心薄壁构件。优点：提高了生产效率。尺寸精度高。降低能耗。实现控形控性一体化。力学性能优异。本发明主要用于采用热态气压成形与热处理制备Ti₂AlNb基合金空心薄壁构件。

技术领域

本发明属于难变形材料薄壁构件塑性成形制造技术领域，具体涉及一种Ti₂AlNb基合金空心薄壁构件成形方法。

背景技术

随着航空航天工业的迅速发展，对于提高动力系统效率和降低能耗要求越来越迫切，空心变截面薄壁构件(如：进气道、喷管等)是航空航天飞行器中使用广、要求高、难制造的典型代表构件。Ti₂AlNb基合金室温塑性和断裂韧性较高，抗蠕变、抗疲劳和抗氧化性等高温性能优良，还具有低密度、低热膨胀系数和无磁性等优点，因此成为在600～800℃服役温度替代高温合金的最具潜力材料之一，对于航空航天飞行器进一步减重、提高有效载荷和飞行速度具有重要意义。

新一代高超声速飞行器，其动力系统中关键部件(如：进气道、喷管等)需承受高速高压气流冲刷，服役环境十分恶劣，如：表面防护层温度高达3000～4000K，构件本体在冷却条件下的工作温度也达600～800℃；构件承受的气体压力通常是数兆帕(数十大气压)，最高可达20兆帕(200大气压)。因此，需要此类构件具有优异的高温服役性能(包括高强度及一定的断裂延伸率等)。同时，为了满足高超声速飞行器的气体动力学要求，实现进气流场控制、避免驻点气动热过高引起的熔穿风险，进气道、喷管等构件的形状尺寸精度要求很高，尤其内型面精度要求苛刻。

在构件形状尺寸精度控制方面，由于Ti₂AlNb基合金原子之间为以金属键和共价键共存的混合键方式结合，具有本征脆性，只能在高温成形，同时由于空心薄壁构件不能在成形后再机械加工，尤其构件内型面基本无法加工，因此需要一种高精度的高温成形方法，在成形过程中直接满足型面尺寸精度要求。

在构件服役性能调控方面，Ti₂AlNb基合金由α₂、B₂和O相组成，其中O相的本征塑性高于α₂相，同时在服役条件下构件内部裂纹主要在等轴O/O相界处形成，因此O相的含量及形貌对Ti₂AlNb基合金构件的高温服役性能影响显著。因此，为了获得优异的使用性能，Ti₂AlNb基合金构件在成形后必须进行热处理，以改善微观组织(如O相形貌和尺寸等)。

但是，Ti₂AlNb基合金空心薄壁构件的服役性能调控与形状尺寸精度控制矛盾非常突出。研制中发现，在热成形后将零件从模具中取出再进行热处理，会由于热处理过程组织演变和温度变化导致严重的形状畸变、尺寸精度超差、产品报废。可见，此类构件已成为困扰国家重大工程高超声速飞行器等型号研制的技术瓶颈。因此，亟需开发Ti₂AlNb基合金空心薄壁构件成形控性一体化新工艺，以满足航空航天新一代型号研制对高性能、高精度Ti₂AlNb基合金空心薄壁构件的迫切需求。

发明内容

本发明的目的是要解决现有Ti₂AlNb基合金空心薄壁构件难成形、工艺步骤复杂、且形状尺寸精度和组织性能调控矛盾的问题，而提供Ti₂AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理的方法。

Ti₂AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理的方法，具体是按以下步骤完成的：