本發明專利技術公開了一種Ti2AlNb合金大尺寸盤件的鍛造工藝方法。該種鍛造工藝方法根據合金最佳變形和組織控制條件，優化合金熱變形的基本工藝參數，通過坯料加熱方式、加熱溫度、鍛造變形速率和變形量的合理控制，成型后的熱處理制度最終優化，有效解決鍛造過程中各部分溫升、溫降的不同以及變形不均勻而造成易開裂和組織不均勻等問題，能夠鍛造大尺寸盤件。本發明專利技術制定了合金坯料鍛造成型工藝規范，能夠保證Ti2AlNb合金大尺寸盤件鍛造后外型完整，無裂紋等缺陷，尺寸余量能滿足加工要求，化學成分和力學性能滿足設計要求，對于該材料在大尺寸盤形結構件應用方面極具推廣價值。
【技術實現步驟摘要】
一種Ti2AlNb合金大尺寸盤件的鍛造工藝方法
本專利技術屬于新材料領域，尤其涉及一種新型金屬間化合物耐高溫輕質結構材料Ti2AlNb合金大尺寸盤件的鍛造成型方法。
技術介紹
為實現發動機減重的目的，需要采用一種新型輕質耐高溫結構材料替代目前的高溫合金。Ti2AlNb合金是20世紀九十年代初開始研發的一類新型Ti‐Al系金屬間化合物材料。具有密度低(約5.3g/cm3)、彈性模量高、高溫強度高、斷裂韌性高、蠕變抗力高、熱膨脹系數低、無磁性和阻燃性能好等優點，將其作為輕比重高溫結構材料用于制作航空、航天發動機熱端部件，將有助于通過結構減重實現技術進步。與現用鐵/鎳/鈷基高溫合金以固溶強化、彌散強化等方法使得在高溫下具有較好的力學性能不同，Ti2AlNb合金的高溫強度源于自身原子長程有序的排列和特殊的結合鍵。但同時這種長程有序的結構中可開動的滑移系數目有限、超結構位錯柏氏矢量大、位錯交滑移困難，這些因素使Ti2AlNb合金室溫下的拉伸塑性和斷裂韌性較低，解決Ti2AlNb合金室溫脆性問題是其實用化的前提。目前解決Ti2AlNb合金室溫脆性問題的方法是在較低溫度的(α2+B2+O)三相區或(O+B2)兩相區下鍛造成型(1000℃以下)，并通過后續的固溶+時效處理在Ti2AlNb合金制備的鍛件中得到少量初生α2/O相顆粒和取向混亂的O相二次細層片分布于B2基體之中的雙態組織，這種組織具有良好的室溫塑性和高溫強度。這一方法的缺點是由于鍛造成型過程是在溫度較低的(α2+B2+O)三相區或(O+B2)兩相區進行，而Ti2AlNb合金變形抗力大，可變形溫區窄，熱加工塑性低。材料在鍛造成型過程每火次變形量小、變形火次多、加工周期長，鍛造時材料易開裂、材料利用率、鍛件成型困難、加工成本高。在制備Ti2AlNb合金大尺寸部件時，這些問題更加突出。
技術實現思路
本專利技術目的是提供一種Ti2AlNb合金大尺寸盤件的鍛造工藝方法，它能夠克服Ti2AlNb合金大尺寸件鍛造開裂和組織不均勻的缺陷，獲得大尺寸鍛件，提高成材率。為了克服上述缺點，本專利技術所提出的新技術是在較高溫度的(α2+O)兩相區(1000～1050℃)鍛造成型直徑φ500mm～700mm、高度60mm～120mm的大尺寸Ti2AlNb合金盤件，并通過控制鍛造前坯料加熱方式、保溫時間、鍛造時的變形量、變形速率和后續的固溶+時效熱處理溫度和時間得到一種由細晶的B2轉變而成的(O+B2)近全板條網籃組織，該組織的盤件在弦向具有較好的室溫塑性和高溫強度。由于采用上述工藝方法，本專利技術具有如下優點和積極效果：1、本專利技術解決了一種Ti2AlNb合金大尺寸盤件鍛造易開裂和組織不均勻的缺陷，實現一種Ti2AlNb合金大尺寸盤件的鍛造。同時為相關大尺寸難鍛造材料的鍛造提供很好的借鑒。2、本專利技術鍛造的一種Ti2AlNb合金大尺寸盤件，化學成分和力學性能滿足設計要求，尺寸余量能滿足產品加工要求。為該材料在發動機上的推廣應用奠定基礎。具體實施方式下面將對本專利技術做進一步說明。本專利技術是一種Ti2AlNb合金大尺寸盤件的鍛造工藝方法。具體的鍛造工藝方法為：坯料到溫裝爐，保溫時間冷料加熱按0.3～0.4min/mm控制，熱料回爐按0.1～0.2min/mm控制防止由于加熱時間長導致的坯料中的B2晶粒尺寸的長大，盤件在6300噸以上的水壓機上采用靜壓方法成型、每火次壓下量40～60％，變形速率應在1×10‐1s‐1～5×10‐1s‐1之間、鍛造前錘砧、壓頭需預熱至200℃以上，并需在坯料的上下表面放置石棉保溫氈、石棉保溫氈厚度要求大于20mm。成型后的鍛件經機械加工去除表面的氧化層和鍛造缺陷。在電爐中整體進行固溶和時效處理。固溶溫度980±10℃，固溶時間3～4小時，冷卻方式油淬。時效溫度800±10℃，時效時間20～30小時，冷卻方式空冷。本專利技術實施實例：某發動機整流段用Ti2AlNb合金盤鍛件尺寸為φ610±10mm、高度100±5mm。盤鍛件采用名義成份為Ti‐22Al‐25Nb(at％)的Ti2AlNb合金制備，坯料為φ380mm的Ti2AlNb合金鑄錠經均勻化、開坯、改鍛成的φ300mm×400mm的Ti2AlNb合金棒材。鍛造前坯料在電爐中加熱，到溫裝爐，保溫時間100min,鍛造前錘砧、壓頭預熱至250℃，在坯料的上下表面放置30mm厚石棉保溫氈，第一火變形后坯料高度實測203mm，趁熱回爐，保溫30min后，第二火變形，變形后坯料高度實測105mm，直徑最大φ625mm、最小φ613mm，坯料表明完整，沒有裂紋產生。盤鍛件經機械加工去除表面的氧化層后的尺寸為φ610mm×100mm。在電爐中整體進行固溶和時效處理。固溶溫度980±10℃，固溶時間3小時后油淬。時效溫度800±10℃，時效時間24后空冷。熱處理后沿盤件的弦向取樣進行室溫拉伸、650℃拉伸和650C/360MPa持久壽命試驗，取樣及性能測試方法按GB/T228(室溫拉伸)、GB/T4338(高溫拉伸)、GB/T4161(高溫持久)的規定執行。力學性能測試的結果為：室溫拉伸強度1150MPa，塑性8.0％；650℃拉伸強度896MPa，塑性14％；50℃/360MPa持久壽命241小時。其室溫塑性和高溫強度水平與雙態組織的相當，但因為其鍛造時采用的溫度更高，大尺寸盤件更容易鍛造成型，且鍛造時材料不易開裂，材料利用率高，因而具有較大的工程應用意義。普通光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡下觀察的盤件的微觀組織中晶粒平均直徑約為150μm。原始B2晶界處有小量細小的α2相顆粒存在，α2相顆粒體積百分含量小于1％。其余為細小的O相板條，與晶內相比，晶界處O相板條略顯粗大，是一種典型的細晶網籃組織。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于制備Ti2AlNb合金大尺寸盤件的鍛造工藝方法，包括盤件鍛造前坯料的加熱方式、加熱溫度、鍛造時的變形量和應變速率控制、鍛件變形后的固溶＋時效熱處理工藝制度，其特征在于，鍛造前坯料在1000～1050℃加熱，坯料到溫裝爐，保溫時間冷料加熱按0.3～0.4min/mm控制，熱料回爐按0.1～0.2min/mm控制，鍛件在水壓機上采用靜壓方法成型、每火次壓下量40～60％，變形數率應在1×10?1s?1～5×10?1s?1之間，成型后的鍛件在電爐中整體進行固溶和時效處理，固溶溫度980±10°C，固溶時間3～4小時，冷卻方式油淬，時效溫度800±10°C，時效時間20～30小時，冷卻方式空冷。
【技術特征摘要】
1.一種用于制備Ti2AlNb合金大尺寸盤件的鍛造工藝方法，包括盤件鍛造前坯料的加熱方式、加熱溫度、鍛造時的變形量和應變速率控制、鍛件變形后的固溶+時效熱處理工藝制度，其特征在于，鍛造前坯料在1000～1050℃加熱，坯料到溫裝爐，保溫時間冷料加熱按0.3～0.4min/mm控制，熱料回爐按0.1～0.2min/mm控制，鍛件在水壓機上采用靜壓方法成型、每火次壓下量40～60％，變形速...
【專利技術屬性】
技術研發人員：梁曉波，張建偉，李世瓊，程云君，
申請(專利權)人：鋼鐵研究總院，
類型：發明
國別省市：北京;11
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