CN112170749A - Ti2AlNb基合金异形环件反向轧制成形方法 - Google Patents

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占立水
李明
梁晓波
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Abstract

本发明公开了一种Ti2AlNb基合金异形环件反向轧制成形方法，其特征在于，采用反向设计异形部分，轧制成形时，环坯异形部分的材料往环坯主体部分流动，环坯主体部分的材料往反向流动，并形成环件异形部分，形成的锻造流线较好；环坯的尺寸与环件的尺寸满足D0＝(1‑k)d0；D1＝(1‑k)d1；H0＝(1‑k)h0；H1＝(1‑k)h1；确保了环件各部位的变形量一致，控制在k＝25％～40％之间。该方法能够轧制过程一火成形，很大程度上节约了成本，缩短了生产周期，获得的环件组织均匀，性能良好且一致性较好。该方法适用于Ti2AlNb基合金异形环件的轧制成形。

Description

Ti2AlNb基合金异形环件反向轧制成形方法
技术领域
本发明涉及一种环件的成形方法，特别是涉及了Ti2AlNb基合金异形环件反向轧制成形方法。
背景技术
Ti2AlNb基合金是20世纪90年代初由美国率先研发的一种Ti-Al系金属间化合物轻质高温结构材料，具有高温比强度高、比模量高、热膨胀系数低、阻燃性能好等显著优点；Ti2AlNb基合金比重约5.3g/cm3，用其替代现用的镍基高温合金制备发动机热端部件可减重约35～40％；Ti2AlNb基合金与以往的传统高温钛合金(Ti60、Ti55合金等)相比，具有更高的抗蠕变性能和高温强度，工作温度提高50～100℃，是具有高损伤容限的金属间化合物。
然而，Ti2AlNb基合金成型难度较大，组织性能很难控制。例如：2014年11月12日公布的中国发明专利说明书CN104139139A公开了一种Ti2AlNb基合金机匣环件的轧制成形及热处理方法，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。该方法存在能耗较大、生产周期较长、可变性因素太多、产品质量不稳定，不利于批量生产。而且对于Ti2AlNb基合金异形环件，异形截面部分材料流动较小，矩形截面部分材料流动较大，这种环件整体材料流动不均匀，会最终导致环件组织性能的不一致。
随着我国大飞机商用发动机项目和航天系列火箭项目的启动，我国的航空航天工业正在快速发展，多种型号的新一代高性能航空航天发动机正在研发和试制，减少自身重量以提高推重比是新一代高性能发动机主要技术发展方向。以Ti2AlNb基合金为代表轻质高温材料大批量使用在航空航行已成为一种趋势。因此，必须开发一种成本较低的Ti2AlNb基合金成形方法，获得质量稳定、性能一致的Ti2AlNb基合金环件。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种反向轧制成形方法，使Ti2AlNb基合金异形环件轧制成形过程中材料流动均匀，提高环件的性能一致性，并且降低生产成本提高产品质量。
为解决上述技术问题，本发明所述Ti2AlNb基合金异形环件反向轧制成形方法，其技术方案包括以下步骤：
取一定规格的Ti2AlNb基合金棒材，加热到一定温度后，经镦粗、冲孔、预轧后得到所需环坯；环坯形状和尺寸是根据最终环件的形状和尺寸进行反向设计；
其中，环件的异形部分在环件内壁，H0为环件高度，H1为环件异形部分高度，D0为环件厚度，D1为环件异形部分厚度，R为环件内圆半径；环坯的异形部分在环坯的外壁，h0为环坯高度，h1为环坯异形部分高度，d0为环坯厚度，d1为环坯异形部分厚度，r为环坯内圆半径；
为了使终轧成形时，环件各部位变形一致、材料流动均匀，则需保证D0＝(1-k)d0；D1＝(1-k)d1；H0＝(1-k)h0；H1＝(1-k)h1；可以计算出环坯的高度h0，异形部分高度h1，厚度d0，异形部分厚度d1的数值，其中，k变形量；
再根据轧制前后体积相等原理：πH0D0(2R+D0)+πH1D1(2R+2D0+D1)＝πμh0d0(2r+d0)+πμh1d1(2r+2d0+d1)，得出环坯内圆半径r的数值，其中μ为轧制过程中材料在高温下的烧损率；
将上述环坯加热的变形温度后，进行终轧成形，获得所需Ti2AlNb基合金环件。
进一步地，所述终轧成形时的变形量k＝25％～40％。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明所述的Ti2AlNb基合金异形环件反向轧制成形方法，采用反向设计异形部分，轧制成形时，环坯异形部分的材料往环坯主体部分流动，环坯主体部分的材料往反向流动，并形成环件异形部分，形成的锻造流线较好；环坯的尺寸与环件的尺寸满足D0＝(1-k)d0；D1＝(1-k)d1；H0＝(1-k)h0；H1＝(1-k)h1；确保了环件各部位的变形量一致，控制在k＝25％～40％之间，获得的环件组织均匀，性能良好且一致性较好。
本发明所述的Ti2AlNb基合金异形环件反向轧制成形方法，轧制过程一火成形，很大程度上节约了成本，缩短了生产周期。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是环件与环坯的结构设计示意图。
图2是环件的尺寸示意图。
图3是环坯的尺寸示意图。
具体实施方式
实施本发明所述的Ti2AlNb基合金异形环件反向轧制成形方法需要提供锻造加热炉、压力机、轧环机、机械手等设备。该方法的具体实施方式：
本发明所述的Ti2AlNb基合金，其名义化学成分为：Ti－22Al－25Nb。
本方法的步骤如下：
步骤一：确定Ti2AlNb基合金异形环件的形状和尺寸
环件1的形状如图1所示，环件1的异形部分在环件内壁。环件1的尺寸如图2所示，其中H0为环件高度，H1为环件异形部分高度，D0为环件厚度，D1为环件异形部分厚度，R为环件内圆半径；
步骤二：根据环件的形状和尺寸反向设计环坯的形状和尺寸
(1)环坯的形状：环坯2的异形部分与环件1的异形部分在相反方向，即环坯2的异形部分在环坯外壁。
(2)环坯的尺寸：如图3所示，h0为环坯高度，h1为环坯异形部分高度，d0为环坯厚度，d1为环坯异形部分厚度，r为环坯内圆半径。
环坯的尺寸满足：D0＝(1-k)d0；D1＝(1-k)d1；H0＝(1-k)h0；H1＝(1-k)h1。
步骤三：制备Ti2AlNb基合金环坯
取一定规格的Ti2AlNb基合金棒材，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基合金环坯。
步骤四：终轧成形
将Ti2AlNb基合金环坯加热至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℃，获得Ti2AlNb基合金异形环件。

Claims (3)

1.一种Ti2AlNb基合金异形环件反向轧制成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
取一定规格的Ti2AlNb基合金棒材，加热到一定温度后，经镦粗、冲孔、预轧后得到所需环坯；环坯形状和尺寸是根据最终环件的形状和尺寸进行反向设计；
其中，环件的异形部分在环件内壁，H0为环件高度，H1为环件异形部分高度，D0为环件厚度，D1为环件异形部分厚度，R为环件内圆半径；环坯的异形部分在环坯的外壁，h0为环坯高度，h1为环坯异形部分高度，d0为环坯厚度，d1为环坯异形部分厚度，r为环坯内圆半径；
为了使终轧成形时，环件各部位变形一致、材料流动均匀，则需保证D0＝(1-k)d0；D1＝(1-k)d1；H0＝(1-k)h0；H1＝(1-k)h1；可以计算出环坯的高度h0，异形部分高度h1，厚度d0，异形部分厚度d1的数值，其中，k变形量；
再根据轧制前后体积相等原理：πH0D0(2R+D0)+πH1D1(2R+2D0+D1)＝πμh0d0(2r+d0)+πμh1d1(2r+2d0+d1)，得出环坯内圆半径r的数值，其中μ为轧制过程中材料在高温下的烧损率；
将上述环坯加热的变形温度后，进行终轧成形，获得所需Ti2AlNb基合金环件。
2.根据权利要求1所述的Ti2AlNb基合金异形环件反向轧制成形方法，其特征在于，所述Ti2AlNb基合金名义化学成分为Ti－22Al－25Nb。
3.根据权利要求1所述的Ti2AlNb基合金异形环件反向轧制成形方法，其特征在于，所述变形量k＝25％～40％。
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