CN1462816A - 一种高铌TiAl合金板材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高铌TiAl合金板材的制备方法，工艺参数为：合金坯料采用二次包套锻造开坯制得，从锻饼上切取的长方形坯料；在1300℃－1320℃、20min FC+1250℃～1270℃2～2.5h炉冷+900℃～950℃4～4.5h空冷条件下进行热处理；将经过退火热处理后的合金坯料的表面氧化皮通过车削加工，包套，合金加热后高温包套轧制，然后剥离包套，得到高铌钛铝基合金板材。本发明的优点在于：在普通轧钢轧机上成功地轧制出高铌钛铝基合金板材；制备出的高铌钛铝基合金板材变形均匀，表面质量良好，合金轧后组织均匀。
Description
技术领域
本发明属于一种制备金属间化合物基高温结构材料-高铌TiAl合金板材技术领域，特别是提供了一种高铌TiAl合金板材的制备方法。
背景技术
TiAl基合金因具有优异的性能，如低密度、较高的弹性模量、优异的高温强度、良好的抗氧化和抗蠕变性能，而受到广泛关注，这种合金是一种具有巨大应用潜力，有望替代Ni基高温合金的先进高温结构材料，可广泛应用于汽车和航空发动机等高温部件，但是普通TiAl合金的使用温度低于850℃，航空等工业的发展迫切需要研发新型的具有更高使用温度的先进结构材料，高温高性能TiAl合金是一种最具希望的候选材料，国际著名TiAl合金专家Kim博士在(Kim Y W.TMSAnnual Meeting，Gamma Titanium Aluminides，1995，637-654)一文中指出陈国良院士研究的高铌TiAl合金是发展高温高性能钛铝合金的首例，通过添加高熔点的合金化元素Nb能有效的提高合金的熔点及有序化温度，从而使高铌TiAl基合金的使用温度提高到900℃以上，其900℃时的屈服强度比普通TiAl合金高150-200MPa，高熔点铌合金化同时降低了合金的扩散系数，改善了合金的抗氧化性，同时兼顾了TiAl合金密度小、晶体结构简单和易于通过显微组织控制进而改善性能的优点(Chen G.L，Zhang W，Wang Y，Sun Z and Wu Y.Ti-Al-NbIntermetallic Alloys Based on the Ternary Intermetallic Compounds.In StructuralIntermetallics，eds.Darolia R.Liu C T，Martin P L，Miracle D B and Nathal M.V，TMS，1993：319；Liu Z C，Lin J P，Li S J，et al Effects of Nb and Al on themicrostructures and mechanical properties of high Nb containing TiAl base alloys.Intermetallics，2002，10(7)：653)。因而使高铌TiAl合金成为一种最具应用潜力的新型高性能金属间化合物基高温结构材料。这种合金业已成功申请了中国发明专利CN1069775。
高铌钛铝基合金经过十多年的研究，在相图、抗氧化性、高Nb的强化机制和合金组织与性能关系等方面的研究取得了突破性进展，目前合金研究已经进入实用化阶段，高铌TiAl基合金板材具有重要的实用价值，它除可以直接用于高温结构材料外，还可以用作超塑性成形的预成型材料，进而可用于制作航空和航天发动机的零部件以及其他结构部件。然而由于钛铝合金具有的本质脆性，该类型材料的加工性能很差，在热加工中易于由于热损失导致合金的加工性能急剧降低，而使合金工件断裂而破坏，并且当高温加工时，合金由于氧化作用，会进一步导致合金的热加工性能的降低，Koeppe C，Bartels A，Clemens H，Schretter PGlatz.Optimizing the properties of TiAl sheet material for application in heatprotection shields or propulsion systems Materials Science and Engineering，1995，A201：182研究表明制备钛铝基合金板材，轧制应具备如下三个基本条件，(1)在α+γ相区保持近似等温轧制，(2)严格控制轧制速度和道次压下量，(3)防止合金在变形过程中的氧化行为。高铌钛铝基合金由高Nb合金化的作用，使合金高温强度大于普通TiAl合金，其热加工温度要比普通TiAl合金高100℃，因而其板材的制备要比普通TiAl合金困难得多，国内外只有少数的几个研究者开展了普通TiAl合金板材制备技术的研究(Clemens H Z，Intermetallic gamma-TiAl based alloy sheet materials--processing and mechanical properties，Zeitschriftfur Metallkunde，1995，86(12)：814；Semiatin S L，Seetharaman V，Deformation andmicrostructure development during hot-pack rolling of a near-gamma titaniumaluminide alloy.Metallurgical and Materials Transactions A，1995 26A：1073；张俊红，黄伯云，周科朝，李志友，何双珍，贺跃辉.包套轧制制备TiAl基合金板材.中国有色金属学报，2001，111(6)，1055)。而对于高铌钛铝基合金板材制备技术的研究，目前国内外还没有报道。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种高铌TiAl合金板材的制备方法，针对高铌TiAl合金的热加工特征，采用先进的高温包套轧制技术，制备出高铌TiAl合金板材。从而拓宽了该合金作为先进高温结构材料的应用领域。同时该加工技术还为其他难加工材料(如金属间化合物基合金)的高温热加工提供了一条有效手段。
本发明的工艺流程为：将合金坯料进行退火热处理后车削加工，车削后包套，再高温包套热轧，热轧后剥离包套，得到高铌钛铝基合金板材。具体工艺流程见图5，高铌TiAl合金板材制备具体工艺参数如下：
(1)合金坯料：合金坯料采用二次包套锻造开坯制得，从锻饼上切取的长方形坯料。
(2)退火热处理工艺：在1300℃～1320℃、20min FC+1250℃～1270℃2～2.5hFC+900℃～950℃ 4～4.5h(小时)AC条件下进行热处理(FC表示炉冷，AC表示空冷)。
(3)车削加工：将经过退火热处理后的合金坯料的表面氧化皮通过车削加工去除，表面光洁度达到6。坯料到圆角。
(4)包套：使用304不锈钢板经过车加工制备成包套，将合金坯料放置于中央，上下加上相同材质的不锈钢钢板，采用氩弧焊焊接好包套与上下钢板。
(5)合金加热：随炉加热到开轧温度，保温30～40分钟，迅速出炉轧制。
(6)高温包套轧制：将轧件迅速转移到轧机上进行轧制，开轧温度为1250℃～1290℃，形变速率0.1/s～0.5/s(s：秒)，合金道次变形量为10％～15％。采用一火一道的轧制方法，轧制完成后将轧件迅速放置炉内，随炉冷却到1000℃，然后取出空冷。
(7)剥离包套采用切床切除包套。
本发明的优点在于：
1.采用高温包套轧制方法在普通轧钢轧机上成功地轧制出高铌钛铝基合金板材。
2.研究表明合金包套材料的选择，包套的设计和轧制工艺是完全适合高铌钛铝基合金板材制备。
3.采用该技术制备出的高铌钛铝基合金板材变形均匀，表面质量良好，合金轧后组织均匀。
附图说明
图1为本发明的高铌钛铝基合金轧制前的状态。
图2为本发明的高铌钛铝基合金包套轧制后的形貌。
图3为本发明的高铌钛铝基合金包套轧制后的表面形貌。
图4为本发明的高铌钛铝基合金包套轧制后的组织。
图5为本发明的一种工艺流程见图。
具体实施方式
轧制用合金名义成分为Ti-45-47Al-7-9Nb-0.1-0.2W-0.05-0.15B，合金经过复合熔炼的方法制备，合金铸锭采用两次包套锻造制得锻饼，经热处理后，从锻饼上切取的长方形坯料，装入包套。
轧制设备为北京科技大学轧制国家工程研究中心的350四/二辊可逆板带普通轧钢轧机，轧制时采用两辊工作状态，工作辊尺寸为￠400×350mm，轧机的主要技术指标为：轧制力：1200KN、轧制力矩为26KNm、轧制速度0.2-1.0m/s、轧辊最大开口度为100mm，加热装置为：SC棒加热炉。
按照上述工艺进行轧制，合金原始厚度为10mm，轧制后获得2.6mm板材，合金总变形量达到74％，轧制前后合金坯料状态如附图1，2所示，图4表明轧制后合金的表面状态良好，图3为高温包套轧制获得高铌钛铝基合金板材的显微组织。
Claims (1)
1、一种高铌TiAl合金板材的制备方法，工艺流程为：将合金坯料进行退火热处理后车削加工，车削后包套，再高温包套热轧，热轧后剥离包套，得到高铌钛铝基合金板材；其特征在于：高铌TiAl合金板材制备具体工艺参数如下：
a、合金坯料：合金坯料采用二次包套锻造开坯制得，从锻饼上切取的长方形坯料；
b、退火热处理工艺：在1300℃～1320、20min FC+1250℃～1270℃2～2.5小时炉冷+900℃-950℃4～4.5小时空冷条件下进行热处理；
c、车削加工：将经过退火热处理后的合金坯料的表面氧化皮通过车削加工去除，表面光洁度达到6，坯料到圆角；
d、包套：使用304不锈钢板经过车加工制备成包套，将合金坯料放置于中央，上下加上相同材质的不锈钢钢板，采用氩弧焊焊接好包套与上下钢板。
e、合金加热：随炉加热到开轧温度，保温30～40分钟，出炉轧制；
f、高温包套轧制：将轧件转移到轧机上进行轧制，开轧温度为1250℃～1290℃，形变速率0.1/秒～0.5/秒，合金道次变形量为10％～15％；采用一火一道的轧制方法，轧制完成后将轧件放置炉内，随炉冷却到1000℃，然后取出空冷；
g、剥离包套：采用切床切除包套。
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