CN104139139B - Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法 - Google Patents

Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法，其步骤为：将开坯后的Ti2AlNb合金棒材，装入高温加热炉中加热至1000℃～1050℃保温80min后，以0.01S‑1的应变速率进行镦粗、拔长后再镦粗冲孔获得Ti2AlNb基合金机匣环坯；再以0.01S‑1的应变速率对Ti2AlNb基合金机匣环坯进行轧制，该过程分3～5火完成，每火的最低温度为900℃，轧制过程中的总变形量为25％～45％；锻后对Ti2AlNb基机匣环件进行固溶+时效热处理。该方法能够使Ti2AlNb基合金机匣环件在较低的变形温度下成形，并获得性能优良的细晶网篮组织。

Description

Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法
技术领域
本发明涉及一种机匣环件的轧制成形及热处理方法，特别是涉及了一种Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法。
背景技术
Ti2AlNb基合金是一种新型的轻质高温结构材料，它是有Ti、Al以及Nb组成的金属间化合物，该类合金以O相、B2/β相和α2相为组成的两相或是三相复合组织，具有密度低、弹性模量高、高温强度高、断裂性能高、蠕变抗力高、热膨胀性能低、无磁性和阻燃性能好等优点，与高温钛合金相比具有更高的使用温度、抗蠕变性能和高温强度，其密度和热膨胀系数又要明显低于镍基高温合金，是未来航空航天领域中代替钛合金和高温合金的最好选择，具有广阔的应用前景。
Ti2AlNb基合金虽然有很多优点，但是却有一个致命的弱点，即该合金的可锻性很差，控制不好非常容易产生锻造开裂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种采用多火次小变形量的轧制成形方法，来实现Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形，并通过合理的热处理方法获得理想的细晶网篮组织，提高Ti2AlNb基合金机匣环件室温强度、高温强度以及高温持久性能。
为解决上述技术问题，本发明所述Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法，其技术方案包括以下步骤：
1、制坯。将开坯后的Ti2AlNb合金棒材，装入高温加热炉中加热至1000℃～1050℃保温80min后放置压力机上，以0.01S-1的应变速率进行镦粗、拔长后再镦粗冲孔获得Ti2AlNb基合金机匣环坯。
2、轧制。采用硅酸铝纤维对Ti2AlNb基合金机匣环坯进行软包套后，加热至980℃保温，以0.01S-1的应变速率进行轧制，轧制的最低温度为900℃，该过 程分3～5火完成，轧制过程中的总变形量为25％～45％。
3、热处理。轧后对Ti2AlNb基合金机匣环件进行固溶+时效热处理，其中，固溶方式为：960℃～1020℃保温2h，以20～40℃/s的冷却速度冷却至室温；时效方式：780℃～820℃保温24h，以5～10℃/s的冷却速度冷却至室温。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明所述的Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法。在1000℃～1050℃温度下制坯，可获得由细晶的B2单相转变而成的(O+B2)两相近全板条网篮组织，使后续轧制成形时，合金变形抗力小，成型容易。
具有近全板条网篮组织的Ti2AlNb基合金环坯，在900℃～980℃轧制成形，此时Ti2AlNb基合金处于(α2+B2)两相区，变形抗力小，最大变形抗力仅相当与双态变形组织变形时的25％，对变形设备的吨位要求较低，合金的塑性变形性能好，不容易产生锻造缺陷。
由于该Ti2AlNb基合金材料的锻造温度非常窄，仅为80℃。本发明采用多火次小变形量的轧制成形方法，同时轧制加热时进行了包套处理，减少了环件转移时的温度损失，保证了轧制的质量。
此外，考虑到在锻造时，需要尽量提高生产效率，减少工件的温降，并且使Ti2AlNb基合金能够充分的再结晶，制坯和轧制过程中所选用的应变速率为Ti2AlNb基合金能发生动态再结晶的应变速率上限值0.01S-1。
经测试，该Ti2AlNb基合金机匣环件的组织为细晶的网篮组织。
经测试，该Ti2AlNb基合金机匣环件的弦向室温拉伸性能为：抗拉强度为1110～1145MPa(大于设计使用要求的1035MPa)，屈服强度为1030～1085MPa(大于设计使用要求的985MPa)，延伸率为12～14％(大于设计使用要求的7％)，端面收缩率为16～18％(大于设计使用要求的10％)。
经测试，该Ti2AlNb基合金机匣环件的轴向室温拉伸性能为：抗拉强度为1140～1185MPa(大于设计使用要求的1050MPa)，屈服强度为1070～1110MPa(大于设计使用要求的1010MPa)，延伸率为7～10％(大于设计使用 要求的5％)，端面收缩率为12～16％(大于设计使用要求的8％)。
经测试，该Ti2AlNb基合金机匣环件的弦向650℃高温拉伸性能为：抗拉强度为915～930MPa(大于设计使用要求的895MPa)，屈服强度为840～875MPa(大于设计使用要求的825MPa)，延伸率为16～19％(大于设计使用要求的12％)，端面收缩率为51～55％(大于设计使用要求的35％)。
经测试，该Ti2AlNb基合金机匣环件的轴向650℃高温拉伸性能为：抗拉强度为940～975MPa(大于设计使用要求的910MPa)，屈服强度为865～890MPa(大于设计使用要求的830MPa)，延伸率为13～16％(大于设计使用要求的10％)，端面收缩率为33～38％(大于设计使用要求的25％)。
以上性能均符合Ti2AlNb基合金机匣环件的使用条件。
具体实施方式
实施本发明所述的Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法，需要提供高温加热炉、压力机、机械手，环轧机等设备。具体实施方式如下：
所采用的材料为Ti2AlNb基合金，其名义化学成分为：Ti－22Al－25Nb。
该Ti2AlNb基合金机匣环件的生产步骤如下：
将开坯后的Ti2AlNb合金棒材，装入高温加热炉中加热至1050℃保温80min后放置压力机上，以0.01S-1的应变速率进行镦粗、拔长后再镦粗冲孔获得Ti2AlNb基合金机匣环坯。采用硅酸铝纤维对Ti2AlNb基合金机匣环坯进行包套后，加热至980℃保温，以0.01S-1的应变速率进行轧制，轧制的最低温度为900℃，该过程分3火完成，轧制过程中的总变形量为25％。
轧后对Ti2AlNb基合金机匣环件进行固溶+时效热处理，其中，固溶方式为：960℃保温2h，以20℃/s的冷却速度冷却至室温；时效方式：780℃保温24h，以5℃/s的冷却速度冷却至室温。

Claims (9)

1.一种Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制坯，将开坯后的Ti2AlNb合金棒材，装入高温加热炉中加热至1000℃～1050℃保温80min后放置压力机上，以0.01S-1的应变速率进行镦粗、拔长后再镦粗冲孔获得Ti2AlNb基合金机匣环坯；
(2)轧制，采用硅酸铝纤维对Ti2AlNb基合金机匣环坯进行包套后，加热至980℃保温，以0.01S-1的应变速率进行轧制，轧制的最低温度为900℃，该过程分3～5火完成，轧制过程中的总变形量为25％～45％；
(3)热处理，轧后对Ti2AlNb基合金机匣环件进行固溶+时效热处理，其中，固溶方式为：960℃～1020℃保温2h，以20～40℃/s的冷却速度冷却至室温；时效方式：780℃～820℃保温24h，以5～10℃/s的冷却速度冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法，其特征在于，所述步骤(1)制坯的加热温度为1050℃。
3.根据权利要求1所述的Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法，其特征在于，所述步骤(2)轧制采用3火完成。
4.根据权利要求1所述的Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法，其特征在于，所述步骤(2)轧制的总变形量为25％。
5.根据权利要求1所述的Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法，其特征在于，所述步骤(3)热处理过程中，固溶的加热温度为960℃。
6.根据权利要求1所述的Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法，其特征在于，所述步骤(3)热处理过程中，固溶的冷却速度为20℃/s。
7.根据权利要求1所述的Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法，其特征在于，所述步骤(3)热处理过程中，时效温度为780℃。
8.根据权利要求1所述的Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法，其特征在于，所述步骤(3)热处理过程中，时效的冷却速度为5℃/s。
9.根据权利要求1～8之一所述的Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法，其特征在于，所述Ti2AlNb基合金的名义成分为Ti－22Al－25Nb。
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