一种改善铸造TiAl合金组织性能的方法

一种改善铸造tial合金组织性能的方法
技术领域
1.本发明涉及一种合金性能改善方法，具体涉及一种改善铸造tial合金组织性能的方法。


背景技术：

2.tial合金作为新型轻质高温材料，具有密度低、高温强度好、抗氧化性能好等优点，取代传统镍基合金作为航空发动机涡轮叶片，能有效实现节能减排。
3.目前，铸造tial合金的加工方法一般有两种，第一种是铸造tial合金直接机加工成为产品，第二种是铸造tial合金先进行挤压变形，然后进行热处理，再进行机加工成为产品。
4.对于铸造tial合金，其组织一般为粗大的全片层组织，晶粒尺寸可达2mm以上，这种粗大的片层组织不利于塑性和机械性能，因此，难以进行塑性变形，极易产生开裂。而对于经过热等静压的铸造tial合金，其组织非常稳定，常规的热处理方法无法改变其粗大的片层组织。挤压成形的方法过程较繁琐，且后续需要进行热处理。
5.因此，急需一种简便的改善铸造tial合金组织性能的方法。


技术实现要素：

6.针对现有铸造tial合金组织粗大，性能不佳，难以进行塑性成形，且热等静压组织稳定，无法用常规热处理改善的问题，本发明提供一种改善铸造tial合金组织性能的方法。
7.本发明具体是这样实现的：
8.一种改善铸造tial合金组织性能的方法，包括以下步骤：
9.s1、将铸造tial合金棒料放入等温锻造设备加热炉，加热至1300～1500℃；
10.s2、以0.001～0.1s-1
的应变速率对tial合金棒料进行压缩变形，变形量30～70％；
11.s3、变形完成后，tial合金棒料冷却，随后无需再进行任何热处理。
12.更进一步的方案是：
13.在步骤s1中，等温锻造设备的压缩模具采用使用温度超过1500℃的材料制备而成。
14.更进一步的方案是：
15.所述材料为石墨或高温陶瓷材料。
16.更进一步的方案是：
17.在步骤s1中，将铸造tial合金棒料放在压缩模具的下模上，随压缩模具一起加热至1300～1500℃。
18.更进一步的方案是：
19.在步骤s2中，应变速率为0.005～0.05s-1
，进行压缩变形，变形量50～70％。
20.更进一步的方案是：
21.在步骤s3中，tial合金棒料冷却，采用tial合金棒料随炉冷却或tial合金棒料取
出后空冷。
22.更进一步的方案是：
23.变形完成后，根据变形参数的选择，能得到细小的双态组织或片层组织，以便后续继续变形或直接使用，而无需再进行任何热处理。
24.本发明通过将铸造tial合金棒料加热至1300～1500℃等温压缩变形，大幅增加合金塑形，避免合金发生开裂，同时，根据参数选择可以得到细小的双态组织或片层组织，以便后续继续变形或直接使用，无需再进行任何热处理。
附图说明
25.图1为本发明一个实施例的方法流程示意图；
26.图2为不同工艺处理后的tial合金组织图，其中a)原始母材，晶粒尺寸2mm，b)改善后得到的双态组织，晶粒尺寸10μm，c)改善后得到的片层组织，晶粒尺寸20μm。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
28.如附图1所示，一种改善铸造tial合金组织性能的方法，包括以下步骤：
29.s1、将铸造tial合金棒料放入等温锻造设备的压缩模具的下模上，随着等温锻造设备一起放入加热炉，加热至1300～1500℃；其中等温锻造设备的压缩模具的材料选用石墨或高温陶瓷材料，使用温度超过1500℃；
30.s2、以0.001～0.1s-1
的应变速率对tial合金棒料进行压缩变形，变形量30～70％；
31.s3、变形完成后，tial合金棒料随炉冷却或tial合金棒料取出后空冷，随后无需再进行任何热处理。变形完成后，根据变形参数的选择，能得到细小的双态组织或片层组织，以便后续继续变形或直接使用，而无需再进行任何热处理。
32.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下列举2个具体实施例对本发明进行进一步说明。
33.实施例1
34.采用本发明的方法改善ti-47al-2cr-2nb铸造合金塑性，包括以下步骤：
35.第一步、将直径50mm，长度70mm的ti-47al-2cr-2nb铸造合金棒料在等温锻造设备高温陶瓷下模上，随模具一起加热至1300℃，保温120min；
36.第二步、上模下行，以0.01s-1
的应变速率对铸造合金棒料进行压缩变形，变形量50％；
37.第三步、压缩变形完成后，合金及模具随炉冷却，原先2mm的粗大片层组织细化为10μm的双态组织，材料塑性大幅提高，可以继续进行其他成形。
38.实施例2
39.采用本发明的方法改善ti-47al-2cr-2nb铸造合金机械性能，包括以下步骤：
40.第一步、将直径100mm，长度150mm的ti-47al-2cr-2nb铸造合金棒料在等温锻造设备高温陶瓷下模上，随模具一起加热至1400℃，保温360min；
41.第二步、上模下行，以0.02s-1
的应变速率对铸造合金棒料进行压缩变形，变形量50％；
42.第三步、压缩变形完成后，合金及模具随炉冷却，原先2mm的粗大片层组织细化为20μm的片层组织，材料屈服强度，抗拉强度和塑性均大幅提高，可以直接进行机加工成为最终成品。
43.目前，铸造tial合金的加工方法一般有两种，第一种是铸造tial合金直接机加工成为产品，第二种是铸造tial合金先进行挤压变形，然后进行热处理，再进行机加工成为产品。对于铸造tial合金，其组织一般为粗大的全片层组织，晶粒尺寸可达2mm以上，这种粗大的片层组织不利于塑性和机械性能，因此，直接机加工的产品机械性能较差，又由于塑性差，难以进行塑性变形，极易产生开裂。而对于经过热等静压的铸造tial合金，其组织非常稳定，常规的热处理方法无法改变其粗大的片层组织。挤压成形可以细化晶粒，但过程较为繁琐，且后续需要进行热处理，工序较多。本发明的实施例中，通过将铸造tial合金棒料加热至1300～1500℃等温压缩变形，大幅增加合金塑形，避免合金发生开裂，同时，根据参数选择，在1300-1350℃变形时，原先2mm的粗大尺寸片层晶粒可以细化为10μm的双态组织，如实施例1，见附图2的b)图。在1350-1500℃变形时可以得到20～50μm的细小片层组织，如实施例2，件附图2的c)图。双态组织的特点是晶粒细小，室温和高温塑性好，可以继续进行塑性成形，如进行模锻成形，而片层组织的特点是高温屈服强度高，蠕变性能好，尤其是细小片层组织(《100μm)，其屈服强度和塑性都较高，而本发明可以将片层组织细化到50μm以下，大大提高了使用性能，因此可以无需热处理直接加工成为产品投入使用，相比于挤压成形-热处理的方法，减少了工序和能耗。
44.尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本技术公开的原则范围和精神之内。

技术特征：
1.一种改善铸造tial合金组织性能的方法，其特征在于包括以下步骤：s1、将铸造tial合金棒料放入等温锻造设备加热炉，加热至1300～1500℃；s2、以0.001～0.1s-1
的应变速率对tial合金棒料进行压缩变形，变形量30～70％；s3、变形完成后，tial合金棒料冷却，随后无需再进行任何热处理。2.根据权利要求1所述改善铸造tial合金组织性能的方法，其特征在于：在步骤s1中，等温锻造设备的压缩模具采用使用温度超过1500℃的材料制备而成。3.根据权利要求2所述改善铸造tial合金组织性能的方法，其特征在于：所述材料为石墨或高温陶瓷材料。4.根据权利要求2或3所述改善铸造tial合金组织性能的方法，其特征在于：在步骤s1中，将铸造tial合金棒料放在压缩模具的下模上，随压缩模具一起加热至1300～1500℃。5.根据权利要求1所述改善铸造tial合金组织性能的方法，其特征在于：在步骤s2中，应变速率为0.005～0.05s-1
，进行压缩变形，变形量50～70％。6.根据权利要求1所述改善铸造tial合金组织性能的方法，其特征在于：在步骤s3中，tial合金棒料冷却，采用tial合金棒料随炉冷却或tial合金棒料取出后空冷。7.根据权利要求6所述改善铸造tial合金组织性能的方法，其特征在于：变形完成后，根据变形参数的选择，能得到细小的双态组织或片层组织，以便后续继续变形或直接使用，而无需再进行任何热处理。

技术总结
本发明公开了一种改善铸造TiAl合金组织性能的方法，包括以下步骤：S1、将铸造TiAl合金棒料放入等温锻造设备加热炉，加热至1300～1500℃；S2、以0.001～0.1s-1


技术研发人员：胡志力 华林 张嘉恒
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/8/16