CN109926486B - Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理的方法 - Google Patents

Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理的方法 Download PDF

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Abstract

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。

Description

Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理的方法
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：
一、热态气压成形：先将模具加热至成形温度970～990℃，在模具上设有管材进气口和管材出气口，利用进气口密封塞密封管材坯料进气端，且进气口密封塞上设置与管材坯料管道连通的气体进气口，气体进气口的外界开口处设置进气开关，利用出气口密封塞密封管材坯料出气端，且出气口密封塞上设置与管材坯料管道连通的气体出气口，气体出气口的外界开口处设置出气开关，将管材坯料放入模具中，合模后将管材坯料进气端和出气端分别利用进气口密封塞和出气口密封塞密封，然后在温度970～990℃下保温 5min～30min，出气开关仍处于关闭状态，打开进气开关，将压缩气体Ⅰ通过气体进气口进入管材坯料的管道内，在气胀压力为5MPa～70MPa和温度为970～990℃条件下进行热态气压成形，至管材坯料完全成形为止，得到热态气压成形后管件；
二、可控冷却热处理：打开出气开关，从进气口密封塞上的气体进气孔充入压缩气体Ⅱ，使热态气压成形后管件的管道内的气体压力保持在1MPa～20MPa，以热态气压成形后管件的冷却速度为0.3℃/s～3.5℃/s进行气冷，当热态气压成形后管件的温度降至 780～830℃时，停止进气，在温度为780～830℃下保温时间为30min～60min，然后继续通入压缩气体Ⅱ，使热态气压成形后管件的管道内的气体压力保持在1MPa～20MPa，以热态气压成形后管件的冷却速度为0.3℃/s～3.5℃/s进行气冷，当热态气压成形后管件的温度降至400～500℃时，停止进气，由出气口密封塞上的气体出气口进行泄压，然后开模取件，即得到Ti2AlNb基合金空心薄壁构件。
本发明的原理及优点：
一、本发明热态气压成形原理：以Ti2AlNb基合金薄壁管坯为管材坯料，通过模具设计与优化控制构件的最终形状，模具设有管材进气孔和管材排气孔，将模具加热至成形温度后，放入管坯，胀形过程中排气孔关闭，由管材进气孔进气并维持气胀压力。在高温作用下，Ti2AlNb基合金薄壁管坯强度降低，塑性变形能力增加；当施加的气压压力使 Ti2AlNb基合金管坯达到屈服条件时，管坯通过塑性变形的方式达到紧贴模具内壁成形的目的。胀形结束后管材进气孔和管材排气孔打开，由管材进气孔进气，管材排气孔排气，通过调节冷却气体来控制成形薄壁件的冷却速度，冷却处理过程中，仍维持一定的气体压力，以保证成形构件的形状尺寸精度。
二、Ti2AlNb基合金微观组织性能调控原理：适当增加成形后高温区的冷却速度，达到减小析出O相片层的尺寸，结合适当的时效热处理条件参数，最终获得细小B2相基体中，均匀分布少量等轴α2相以及适量细小片层状O相的微观组织，以获得优异的综合使用性能。
三、本发明在热态气压成形的同时，完成时效热处理，不需要另外的热处理工序，因此提高了生产效率。
四、尺寸精度高：在气压支撑作用下使构件在模具内完成热处理，避免了热处理导致的形状畸变，因此尺寸精度高。
五、在成形后利用余热完成时效热处理，不需冷却后再次加热，降低能耗。
六、成形后空心薄壁构件在模具内，通过高压气体循环控制冷速速度，克服了现有技术冷却速度低、构件降温时间长，导致O相含量过多、组织粗大等问题，所以本发明得到的到Ti2AlNb基合金空心薄壁构件组织性能好：实现控形控性一体化。
七、本发明得到的到Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的微观组织为：在B2相基体中，均匀分布少量细小的等轴α2相以及适量细小片层状O相，其中层状O相片层尺寸为 50～300nm。
八、本发明得到的到Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的力学性能为：室温条件下，拉伸屈服强度≥1200MPa，拉伸断裂强度≥1350MPa，断裂延伸率≥14％；高温条件下(750℃)，拉伸屈服强度≥680MPa(根据0.2％塑性应变)，拉伸断裂强度≥780MPa，断裂延伸率≥15％。
九、本发明得到的到Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的形状尺寸精度指标为：尺寸偏差≤0.2mm，角度偏差≤0.25°。
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。
附图说明
图1是具体实施方式一中所述模具的结构示意图，图中1表示模具，2表示管材进气口，3表示管材出气口，图中1-1表示上模具，图中1-2表示下模具；
图2是具体实施方式一中合模后模具的结构示意图，图中1表示模具，4表示进气口密封塞，5表示出气口密封塞，6表示气体进气口，7表示气体出气口，8表示进气开关， 9表示出气开关，10表示管材坯料，图中1-1表示上模具，图中1-2表示下模具；
图3是具体实施方式一中热态气压成形后模具的结构示意图，图中1表示模具，4表示进气口密封塞，5表示出气口密封塞，6表示气体进气口，7表示气体出气口，8表示进气开关，9表示出气开关，11表示热态气压成形后管件，图中1-1表示上模具，图中1-2 表示下模具；
图4是实施例1中步骤一采用的管材坯料的实物照片；
图5是实施例1得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的实物照片；
图6是实施例1中Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理工艺步骤图，图中T1表示成形温度，T2表示热处理温度，P1表示成形气胀压力，P2表示热处理气体压力；
图7是实施例2和3中Ti2AlNb基合金空心薄壁构件成工艺步骤图，图中T1表示成形温度，P1表示成形气胀压力，图中①表示淬火快速冷却，图中②表示随模具慢冷却；
图8是实施例1得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的微观组织图；
图9是实施例2得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的微观组织图；
图10是实施例3得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的微观组织图；
图11是Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的拉伸性能试件图；
图12是室温拉伸性能曲线，图中A表示实施例2得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件室温拉伸性能曲线，图中B表示实施例1得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件室温拉伸性能曲线，图中C表示实施例3得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件室温拉伸性能曲线；
图13是温度750℃下拉伸性能曲线，图中A表示实施例2得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件温度750℃下拉伸性能曲线，图中B表示实施例1得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件温度750℃下拉伸性能曲线，图中C表示实施例3得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件温度750℃下拉伸性能曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至3，本实施方式是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：
一、热态气压成形：先将模具1加热至成形温度970～990℃，在模具1上设有管材进气口2和管材出气口3，利用进气口密封塞4密封管材坯料10进气端，且进气口密封塞4 上设置与管材坯料10管道连通的气体进气口6，气体进气口6的外界开口处设置进气开关8，利用出气口密封塞5密封管材坯料10出气端，且出气口密封塞5上设置与管材坯料10管道连通的气体出气口7，气体出气口7的外界开口处设置出气开关9，将管材坯料 10放入模具1中，合模后将管材坯料10进气端和出气端分别利用进气口密封塞4和出气口密封塞5密封，然后在温度970～990℃下保温5min～30min，出气开关9仍处于关闭状态，打开进气开关8，将压缩气体Ⅰ通过气体进气口6进入管材坯料10的管道内，在气胀压力为5MPa～70MPa和温度为970～990℃条件下进行热态气压成形，至管材坯料10完全成形为止，得到热态气压成形后管件；
二、可控冷却热处理：打开出气开关9，从进气口密封塞4上的气体进气孔6充入压缩气体Ⅱ，使热态气压成形后管件的管道内的气体压力保持在1MPa～20MPa，以热态气压成形后管件的冷却速度为0.3℃/s～3.5℃/s进行气冷，当热态气压成形后管件的温度降至780～830℃时，停止进气，在温度为780～830℃下保温时间为30min～60min，然后继续通入压缩气体Ⅱ，使热态气压成形后管件的管道内的气体压力保持在1MPa～20MPa，以热态气压成形后管件的冷却速度为0.3℃/s～3.5℃/s进行气冷，当热态气压成形后管件的温度降至400～500℃时，停止进气，由出气口密封塞5上的气体出气口7进行泄压，然后开模取件，即得到Ti2AlNb基合金空心薄壁构件。
本实施方式步骤一中所述的模具1由上模具1-1和下模具1-2组成。
图1是具体实施方式一中所述模具的结构示意图，图中1表示模具，2表示管材进气口，3表示管材出气口，图中1-1表示上模具，图中1-2表示下模具。
图2是具体实施方式一中合模后模具的结构示意图，图中1表示模具，4表示进气口密封塞，5表示出气口密封塞，6表示气体进气口，7表示气体出气口，8表示进气开关， 9表示出气开关，10表示管材坯料，图中1-1表示上模具，图中1-2表示下模具。
图3是具体实施方式一中热态气压成形后模具的结构示意图，图中1表示模具，4表示进气口密封塞，5表示出气口密封塞，6表示气体进气口，7表示气体出气口，8表示进气开关，9表示出气开关，11表示热态气压成形后管件，图中1-1表示上模具，图中1-2 表示下模具。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中热态气压成形在真空条件下完成的。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中所述的管材坯料10的截面呈圆形、椭圆形或多边形。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一中所述的管材坯料10的厚度为1mm～6mm，管材坯料的外径为20mm～3000mm，管材坯料的长度为100mm～2000mm。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤一中所述的管材坯料10为Ti2AlNb基合金，Ti2AlNb基合金中Ti的原子百分数为41.5％～58％，Al的原子百分数为22％～25％，Nb的原子百分数为20％～30％。其他与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：所述Ti2AlNb基合金中还含有Mo，且Ti2AlNb基合金中Mo的原子百分数为0.01％～1.5％。其他与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六之一不同点是：所述Ti2AlNb基合金中还含有V，且Ti2AlNb基合金中V的原子百分数为0.01％～2％。其他与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤一中所述的压缩气体Ⅰ为空气的压缩气体、氩气的压缩气体、氮气的压缩气体、氦气的压缩气体或CO2的压缩气体；步骤二中所述的压缩气体Ⅱ为空气的压缩气体、氩气的压缩气体、氮气的压缩气体、氦气的压缩气体或CO2的压缩气体。其他与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤二中得到的 Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的截面呈圆形、椭圆形、多边形或异形。其他与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤二中得到的 Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的轴线形状为直线、平面内曲线或空间曲线。其他与具体实施方式一至九相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
采用下述试验验证本发明效果
实施例1：结合图1至3，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：
一、热态气压成形：先将模具1以升温速率8℃/min加热至成形温度970℃，在模具1上设有管材进气口2和管材出气口3，管材进气口2利用进气口密封塞4密封，且进气口密封塞4上设置与管材坯料10管道连通的气体进气口6，气体进气口6的外界开口处设置进气开关8，管材出气口3利用出气口密封塞5密封，且出气口密封塞5上设置与管材坯料管10道连通的气体出气口7，气体出气口7的外界开口处设置出气开关9，然后放入管材坯料10，合模后模具1的管材进气口2和管材出气口3分别利用进气口密封塞4 和出气口密封塞5密封模具1，然后在温度970℃下保温20min，出气开关9仍处于关闭状态，打开进气开关8，将压缩气体Ⅰ通过气体进气口6进入管材坯料10的管道内，在气胀压力为15MPa和温度为970℃条件下进行热态气压成形，至管材坯料10完全成型为止，得到热态气压成形后管件；
二、可控冷却热处理：打开出气开关9，从进气口密封塞4上的气体进气孔6充入压缩气体Ⅱ，使热态气压成形后管件的管道内的气体压力保持在2MPa，以热态气压成形后管件的冷却速度为0.4℃/s进行气冷，当热态气压成形后管件的温度降至800℃时，停止进气，在温度为800℃下温时间为30min，然后继续通入压缩气体Ⅱ，使热态气压成形后管件的管道内的气体压力保持在2MPa，以热态气压成形后管件的冷却速度为0.4℃/s进行气冷，当热态气压成形后管件的温度降至500℃时，停止进气，由出气口密封塞5上的气体出气口7进行泄压，然后开模取件，即得到Ti2AlNb基合金空心薄壁构件。
实施例1步骤一中热态气压成形在真空条件下完成的。
实施例1步骤一中所述的管材坯料的截面呈圆形。
实施例1步骤一中所述的管材坯料的厚度为2mm，管材坯料的外径为40mm，管材坯料的长度为200mm。
实施例1步骤一中所述的管材坯料为Ti2AlNb基合金，Ti2AlNb基合金中Ti的原子百分数为53.5％，Al的原子百分数为22％，Nb的原子百分数为24％，且所述Ti2AlNb基合金中还含有Mo，Ti2AlNb基合金中Mo的原子百分数为0.5％。
实施例1步骤一中所述的压缩气体Ⅰ为氩气的压缩气体；实施例1步骤二中所述的压缩气体Ⅱ为氩气的压缩气体。
图4是实施例1中步骤一采用的管材坯料的实物照片；图5是实施例1得到的Ti2AlNb 基合金空心薄壁构件的实物照片；通过图5与图4对比可知，本实施例成功实现将管材坯料制成Ti2AlNb基合金空心薄壁构件。
图6是实施例1中Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理工艺步骤图，图中T1表示成形温度，T2表示热处理温度，P1表示成形气胀压力，P2表示热处理气体压力，通过图6可知本实施例在成形后利用余热完成时效热处理，不需冷却后再次加热，降低能耗。
图8是实施例1得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的微观组织图；通过图8可以看出：由于本实施例采用Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理成形控性一体化技术，获得的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的微观组织最为优异，表现为B2相基体(亮衬度)中，分布着细小等轴α2相(暗衬度)和细小片层状O相(灰色衬度)，其中O相片层厚度100～200nm。
实施例2：现有Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、热态气压成形：先将模具以升温速率8℃/min加热至成形温度970℃，然后放入管材坯料，合模后模具在温度970℃下保温20min，充入压缩气体，然后在气胀压力为 15MPa和温度为970℃条件下进行热态气压成形，至管材坯料完全成型为止，得到热态气压成形后管件；
二、冷却及热处理：采用淬火快速冷却将热态气压成形后管件冷却至室温，然后升温至800℃，在温度800℃下热处理30min，再采用淬火快速冷却至室温，得到Ti2AlNb基合金空心薄壁构件。
实施例2步骤一中热态气压成形在真空条件下完成的。
实施例2步骤一中所述的管材坯料的截面呈圆形。
实施例2步骤一中所述的管材坯料的厚度为2mm，管材坯料的外径为40mm，管材坯料的长度为200mm。
实施例2步骤一中所述的管材坯料为Ti2AlNb基合金，Ti2AlNb基合金中Ti的原子百分数为53.5％，Al的原子百分数为22％，Nb的原子百分数为24％，且所述Ti2AlNb基合金中还含有Mo，Ti2AlNb基合金中Mo的原子百分数为0.5％。
实施例2步骤一中所述的压缩气体为氩气的压缩气体。
实施例3：现有Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、热态气压成形：先将模具以升温速率8℃/min加热至成形温度970℃，然后放入管材坯料，合模后模具在温度970℃下保温20min，充入压缩气体，然后在气胀压力为 15MPa和温度为970℃条件下进行热态气压成形，至管材坯料完全成型为止，得到热态气压成形后管件；
二、随模具慢冷却及热处理：热态气压成形后管件随模具慢冷却至室温，然后升温至 800℃，在温度800℃下热处理30min，再随模具慢冷却至室温，得到Ti2AlNb基合金空心薄壁构件。
实施例3步骤一中热态气压成形在真空条件下完成的。
实施例3步骤一中所述的管材坯料的截面呈圆形。
实施例3步骤一中所述的管材坯料的厚度为2mm，管材坯料的外径为40mm，管材坯料的长度为200mm。
实施例3步骤一中所述的管材坯料为Ti2AlNb基合金，Ti2AlNb基合金中Ti的原子百分数为53.5％，Al的原子百分数为22％，Nb的原子百分数为24％，且所述Ti2AlNb基合金中还含有Mo，Ti2AlNb基合金中Mo的原子百分数为0.5％。
实施例3步骤一中所述的压缩气体为氩气的压缩气体。
图7是实施例2和3中Ti2AlNb基合金空心薄壁构件成工艺步骤图，图中T1表示成形温度，P1表示成形气胀压力，图中①表示实施例2淬火快速冷却，图中②表示实施例 3随模具慢冷却。
图9是实施例2得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的微观组织图；图10是实施例3得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的微观组织图；通过图9可知，淬火快速冷却处理的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件，由于冷却速度较快，在970℃气胀时，溶入B2基体中的O相来不及析出，因此其显微组织为B2基体中分布着等轴α2相，无O相存在。通过图10可知，随模具慢冷却处理的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件，其微观组织为B2相基体中，分布着等轴α2相和片层状O相，但由于在高温区(970～850℃)冷却速度较慢，片层状O相尺寸较大，O相片层厚度1μm～2μm。
图11是Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的拉伸性能试件图。
图12是室温拉伸性能曲线，图中A表示实施例2得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件室温拉伸性能曲线，图中B表示实施例1得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件室温拉伸性能曲线，图中C表示实施例3得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件室温拉伸性能曲线；
图13是温度750℃下拉伸性能曲线，图中A表示实施例2得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件温度750℃下拉伸性能曲线，图中B表示实施例1得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件温度750℃下拉伸性能曲线，图中C表示实施例3得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件温度750℃下拉伸性能曲线。
对实施例1至3得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件进行拉伸测试，采用图11所示拉伸试样，在0.001s-1应变速率下进行拉伸测试；室温下拉伸测试，采用图11所示拉伸试样，当炉温升至750℃放入拉伸试样，保温5min以使试样温度均匀，然后在应变速率 0.001s-1下，进行750℃拉伸试验，并记录直至断裂时的应力-应变关系，得到拉伸曲线，如图12和13所示，图12是室温拉伸性能曲线，图中A表示实施例2得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件室温拉伸性能曲线，图中B表示实施例1得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件室温拉伸性能曲线，图中C表示实施例3得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件室温拉伸性能曲线；图13是温度750℃下拉伸性能曲线，图中A表示实施例2得到的 Ti2AlNb基合金空心薄壁构件温度750℃下拉伸性能曲线，图中B表示实施例1得到的 Ti2AlNb基合金空心薄壁构件温度750℃下拉伸性能曲线，图中C表示实施例3得到的 Ti2AlNb基合金空心薄壁构件温度750℃下拉伸性能曲线，通过图12可知实施例1得到的 Ti2AlNb基合金空心薄壁构件在室温下，其屈服强度为1214MPa，抗拉强度为1378MPa，断裂延伸率为14.6％；通过图13可知实施例1得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件在高温条件下(750℃)，其屈服强度为688MPa，抗拉强度可以达到801MPa，同时断裂延伸率为22.5％。通过图12可知，实施例2得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件在室温下，尽管断裂延伸率为25.5％，但其强度较低，屈服强度为1110MPa，抗拉强度为1112MPa；实施例3得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件在室温下，其屈服强度最低(855MPa)，抗拉强度为1124MPa，断裂延伸率为14.3％。通过图13可知，实施例2得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件在高温条件下(750℃)，其屈服强度为804MPa，抗拉强度可以达到 906MPa，但断裂延伸率却最小，仅为4.3％；实施例3得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件在高温条件下(750℃)，尽管断裂延伸率为15.1％，但其强度最低，屈服强度为511MPa，而抗拉强度仅为612MPa。通过对比，实施例1得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件具有最为优异的综合力学性能。
对实施例1至3得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件按照以下步骤测试的：测量空心薄壁构件的截面高度、宽度和圆角半径尺寸，通过测试可知，实施例1得到的Ti2AlNb 基合金空心薄壁构件的长度、宽度和圆角半径尺寸偏差均小于0.2mm，截面角度偏差小于0.2°，满足此类构件设计要求(设计要求为尺寸偏差≤0.25mm)。而实施例2得到的 Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的长度最大偏差0.27mm、宽度最大偏差0.25mm，截面角度偏差0.34°，实施例3得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的长度最大偏差0.26mm、宽度最大偏差0.22mm，截面角度偏差0.26°。通过对比可知实施例1得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件具有最佳的形状尺寸精度。

Claims (10)

1.Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理的方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：
一、热态气压成形：先将模具(1)加热至成形温度970～990℃，在模具(1)上设有管材进气口(2)和管材出气口(3)，利用进气口密封塞(4)密封管材坯料(10)进气端，且进气口密封塞(4)上设置与管材坯料(10)管道连通的气体进气口(6)，气体进气口(6)的外界开口处设置进气开关(8)，利用出气口密封塞(5)密封管材坯料(10)出气端，且出气口密封塞(5)上设置与管材坯料(10)管道连通的气体出气口(7)，气体出气口(7)的外界开口处设置出气开关(9)，将管材坯料(10)放入模具(1)中，合模后将管材坯料(10)进气端和出气端分别利用进气口密封塞(4)和出气口密封塞(5)密封，然后在温度970～990℃下保温5min～30min，出气开关(9)仍处于关闭状态，打开进气开关(8)，将压缩气体Ⅰ通过气体进气口(6)进入管材坯料(10)的管道内，在气胀压力为5MPa～70MPa和温度为970～990℃条件下进行热态气压成形，至管材坯料(10)完全成形为止，得到热态气压成形后管件；
二、可控冷却热处理：打开出气开关(9)，从进气口密封塞(4)上的气体进气孔(6)充入压缩气体Ⅱ，使热态气压成形后管件的管道内的气体压力保持在1MPa～20MPa，以热态气压成形后管件的冷却速度为0.3℃/s～3.5℃/s进行气冷，当热态气压成形后管件的温度降至780～830℃时，停止进气，在温度为780～830℃下保温时间为30min～60min，然后继续通入压缩气体Ⅱ，使热态气压成形后管件的管道内的气体压力保持在1MPa～20MPa，以热态气压成形后管件的冷却速度为0.3℃/s～3.5℃/s进行气冷，当热态气压成形后管件的温度降至400～500℃时，停止进气，由出气口密封塞(5)上的气体出气口(7)进行泄压，然后开模取件，即得到Ti2AlNb基合金空心薄壁构件。
2.根据权利要求1所述的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理的方法，其特征在于步骤一中热态气压成形在真空条件下完成的。
3.根据权利要求2所述的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理的方法，其特征在于步骤一中所述的管材坯料(10)的截面呈圆形、椭圆形或多边形。
4.根据权利要求3所述的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理的方法，其特征在于步骤一中所述的管材坯料(10)的厚度为1mm～6mm，管材坯料的外径为20mm～3000mm，管材坯料的长度为100mm～2000mm。
5.根据权利要求1所述的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理的方法，其特征在于步骤一中所述的管材坯料(10)为Ti2AlNb基合金，Ti2AlNb基合金中Ti的原子百分数为41.5％～58％，Al的原子百分数为22％～25％，Nb的原子百分数为20％～30％。
6.根据权利要求5所述的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理的方法，其特征在于所述Ti2AlNb基合金中还含有Mo，且Ti2AlNb基合金中Mo的原子百分数为0.01％～1.5％。
7.根据权利要求5或6所述的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理的方法，其特征在于所述Ti2AlNb基合金中还含有V，且Ti2AlNb基合金中V的原子百分数为0.01％～2％。
8.根据权利要求1所述的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理的方法，其特征在于步骤一中所述的压缩气体Ⅰ为空气的压缩气体、氩气的压缩气体、氮气的压缩气体、氦气的压缩气体或CO2的压缩气体；步骤二中所述的压缩气体Ⅱ为空气的压缩气体、氩气的压缩气体、氮气的压缩气体、氦气的压缩气体或CO2的压缩气体。
9.根据权利要求1所述的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理的方法，其特征在于步骤二中得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的截面呈圆形或异形。
10.根据权利要求9所述的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件热态气压成形与热处理的方法，其特征在于步骤二中得到的Ti2AlNb基合金空心薄壁构件的轴线形状为直线、平面内曲线或空间曲线。
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