一種高鈮鈦鋁基合金板材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高溫結(jié)構(gòu)材料板材制備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種高鈮鈦鋁基合金板材的制備方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為，直接從鑄錠上切取合金坯料，經(jīng)均勻化熱處理后，放入三明治式的結(jié)構(gòu)包套中，在坯料與包套間添加剝離劑，將包套在保護(hù)性氣氛中加熱，進(jìn)行熱軋后，去除包套，得到大尺寸高鈮鈦鋁基合金板材。本發(fā)明設(shè)計(jì)出一條新型的冶金鑄錠包套熱軋制備高鈮鈦鋁基合金板材工藝路線，工藝路線簡單經(jīng)濟(jì)。較之目前普遍的熱等靜壓+等溫鍛造/等溫?cái)D壓預(yù)處理相比，流程大幅度縮短，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)；本方法在普通軋機(jī)上制備，較之等溫軋機(jī)、等溫鍛造等相比，設(shè)備要求大幅度降低，可普遍應(yīng)用。
【專利說明】一種高鈮鈦鋁基合金板材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高溫結(jié)構(gòu)材料板材制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是提供了一種利用冶金鑄錠坯料直接包套熱軋制備大尺寸高鈮鈦鋁基合金板材的制備方法。
[0002]研究背景
鈦鋁基金屬間化合物因其具有低密度、高彈性模量、高比強(qiáng)度以及優(yōu)異的抗氧化性能等優(yōu)點(diǎn)，使用溫度可達(dá)70(T90(TC，被認(rèn)為是在航空航天領(lǐng)域Ti合金使用溫度上限和Ni基高溫合金使用溫度下線的唯一候選材料。高鈮鈦鋁基合金因?yàn)楦呷埸c(diǎn)Nb元素的添加提高了合金的熔點(diǎn)和有序化溫度，降低了層錯能和原子擴(kuò)散，從而提高了合金的高溫強(qiáng)度以及改善了合金的抗氧化性能。與Ni基高溫合金和高溫陶瓷材料相比，它比Ni基高溫合金比強(qiáng)度高，比陶瓷塑性和韌性好，使用溫度比普通鈦鋁基合金高出6(Tl00°C。因此，高鈮鈦鋁基合金代表了目前鈦招基合金研究的方向。
[0003]鈦鋁基合金由于其本征脆性，室溫及高溫加工性能都比較差。特別是鈦鋁基合金板材的制備比較困難，制約了其廣泛應(yīng)用。相比于普通鈦鋁基合金，高鈮鈦鋁基合金所需熱加工溫度更高，熱加工窗口更小。目前普通鈦鋁基合金和高鈮鈦鋁基合金板材的制備選用的合金坯料都需要經(jīng)過熱等靜壓處理+熱機(jī)械處理開坯，其中熱機(jī)械處理包括多次近等溫包套鍛造或者包套熱擠壓，因此工藝流程長、成本高。
[0004]鈦鋁基合金板材的制備主要有鑄錠冶金法和粉末冶金法。目前的鑄錠冶金法在軋前需要經(jīng)過熱等靜壓和均勻化退火處理，然后在一定溫度區(qū)間(α + Υ兩相區(qū))和一定應(yīng)變速率(< KT1 s—1)條件下軋制，工藝流程長，制備效率低。粉末冶金法也需經(jīng)過粉末混合、壓制、擠壓和軋制等過程成形為混合粉板材，再進(jìn)行反應(yīng)合成制備鈦鋁基合金板材，或?qū)⒃戏勰┗旌喜⑦M(jìn)行包套抽氣處理后，直接進(jìn)行熱軋或熱等靜壓制備鈦鋁基合金板材。由于氧元素含量控制難度大及工藝路線復(fù)雜，目前還未見板材應(yīng)用報道。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種以冶金鑄錠為坯料直接包套熱軋制備大尺寸高鈮鈦鋁基合金板材的工藝路線。制備的合金板材變形量大，表面質(zhì)量良好，無開裂，工藝流程短,成本低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。
[0008]一種高鈮鈦鋁基合金板材的制備方法，此制備方法直接從鑄錠上切取合金坯料，經(jīng)均勻化熱處理后，放入三明治式的結(jié)構(gòu)包套中，在坯料與包套間添加剝離劑，將包套在保護(hù)性氣氛中加熱，進(jìn)行熱軋后，去除包套，得到大尺寸高鈮鈦鋁基合金板材。
[0009]上述高鈮鈦鋁基合金板材制備方法的優(yōu)選方案為，所述制備方法的步驟包括:
Cl)從高鈮鈦鋁合金冶金鑄錠上切取軋制坯料；
(2)均勻化熱處理:在120(Tl30(TC保溫I?6小時，爐冷至900°C，于900°C保溫I?6小時，空冷；(3)包套:包套采用三明治式的結(jié)構(gòu)，合金置于包套材料中間；
(4)軋前加熱:在保護(hù)性氣氛中加熱，隨爐加熱到125(Tl300°C，保溫I小時，出爐熱
軋；
(5)包套熱軋:開軋溫度125(Tl30(TC，道次壓下量15~25%，應(yīng)變速率0.5~2 s—1 ;采用一火一道的軋制方法，道次間回爐保溫10-20分鐘，經(jīng)過3飛道次后或總變形量達(dá)到60-80%之后，隨爐冷至900°C后保溫l~6h，隨后空冷至室溫；
(6)去除包套:去除包套，得到高鈮鈦鋁基合金板材。
[0010]上述高鈮鈦鋁基合金板材制備方法的優(yōu)選方案為，此合金的成分為:T1- (44-49at.%) Al- (6~10 at.%) Nb- (0.θ1-θ.3 at.%) B- (0.θ1-θ.3 at.%) ff- (0.Ο1-Ο.3 at.%)Y。
[0011]上述高鈮鈦鋁基合金板材制備方法的優(yōu)選方案為，合金鑄錠可采用等離子冷床爐熔煉或采用真空電弧熔煉+感應(yīng)凝殼熔煉。
[0012]上述高鈮鈦鋁基合金板材制備方法的優(yōu)選方案為，所述包套材料為304不銹鋼或TC4鈦合金中的一種。
[0013]上述高鈮鈦鋁基合金板材制備方法的優(yōu)選方案為，步驟(5 )中軋制后，在冷卻的過程中，在900 C保溫2h后，隨爐冷卻。
[0014]上述高鈮鈦鋁基合金板材制備方法的優(yōu)選方案為，在步驟(3 )中，在合金坯料與包套之間添加f 2mm厚度的ZrO粉末做為剝離劑。
[0015]上述高鈮鈦鋁基合金板材制備方法的優(yōu)選方案為，所述剝離劑ZrO的純度為99.5%，粒度為 20 μ mo
[0016]上述高鈮鈦鋁基合金板材制備方法的優(yōu)選方案為，所述步驟(3)中的包套為焊接密封。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:
1.設(shè)計(jì)出一條新型的冶金鑄錠包套熱軋制備高鈮鈦鋁基合金板材工藝路線，工藝路線簡單經(jīng)濟(jì)。較之目前普遍的熱等靜壓+等溫鍛造/等溫?cái)D壓預(yù)處理相比，流程大幅度縮短，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
[0018]2.在普通軋機(jī)上，通過冶金鑄錠包套熱軋工藝，制備出大尺寸高品質(zhì)的高鈮鈦鋁基合金板材。較之等溫軋機(jī)、等溫鍛造等相比，設(shè)備要求大幅度降低，可普遍應(yīng)用。
[0019]3.采用本工藝路線，道次壓下量大，應(yīng)變速率大，可以顯著提高板材制備效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1高鈮鈦鋁基合金板材包套設(shè)計(jì)示意圖:1合金坯料，2剝離劑，3包套；
圖2實(shí)施例2高鈮鈦鋁基合金板材軋后顯微組織照片。
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1
合金名義成分為T1-45Al-6Nb-0.01B-0.01ff-0.01Y (原子百分比)，合金經(jīng)過等離子冷床爐熔煉制備。經(jīng)過均勻化熱處理，1200°C保溫I小時，再置于900°C保溫I小時，空冷后，從鑄錠中切取長方形坯料，尺寸為120 mm (長)X80 mm (寬)X 15 mm (高)，裝入304不銹鋼制成的包套中，包套設(shè)計(jì)如圖1所示，ZrO剝離劑厚度1mm。
[0022]在保護(hù)性氣氛中，軋件隨爐加熱到開軋溫度1250°C，保溫lh，然后出爐開軋。軋制方式采用一火一道次工藝，每道次壓下量為25%，應(yīng)變速率控制在I s—1，回爐保溫IOminJL制4道次后回爐并爐冷至900°C，保溫Ih后空冷至室溫。利用機(jī)加工方式去除包套。4道次軋制后的板材的厚度為5.6 mm,總變形量達(dá)到了 62%，表面質(zhì)量良好，無開裂，顯微組織均勻。
[0023]實(shí)施例2
合金名義成分為T1-45Al-8.5Nb-0.2B-0.2ff-0.02Y (原子百分比)，合金經(jīng)過真空電弧熔煉+感應(yīng)凝殼熔煉制備。經(jīng)過均勻化熱處理，1250°C保溫4小時，再置于900°C保溫4小時，空冷后，從鑄錠中切取長方形坯料，尺寸為120 mm (長)X80 mm (寬)X 15 mm (高)，裝入TC4鈦合金制成的包套中，包套設(shè)計(jì)如圖1所示，ZrO剝離劑厚度1mm。
[0024]在保護(hù)性氣氛中，軋件隨爐加熱到開軋溫度1280°C，保溫lh，然后出爐開軋。軋制方式采用一火一道次工藝，每道次壓下量為25%，應(yīng)變速率控制在I s—1，回爐保溫15min，軋制5道次后回爐并爐冷至900°C，保溫2h后空冷至室溫。利用機(jī)加工方式去除包套。5道次軋制后的板材的厚度為3.9 mm,總變形量達(dá)到了 74%，表面質(zhì)量良好，無開裂，顯微組織均勻。軋制后板材的顯微組織如圖2所示。
[0025]實(shí)施例3
合金名義成分為T1-45Al-10Nb-0.3B-0.3ff-0.3Y (原子百分比)，合金經(jīng)過等離子冷床爐熔煉制備。經(jīng)過均勻化熱處理(1300°C保溫6小時，再置于900°C保溫6小時，空冷)后，從鑄錠中切取長方形坯料，尺寸為120 mm (長)X80 mm (寬)X 15 mm (高)，裝入304不銹鋼包套中，包套設(shè)計(jì)如圖1所示，ZrO剝離劑厚度2mm。
[0026]在保護(hù)性氣氛中，軋件隨爐加熱到開軋溫度1300°C，保溫lh，然后出爐開軋。軋制方式采用一火一道次工藝，每道次壓下量為15%，應(yīng)變速率控制在I s—1，回爐保溫20min，軋制6道次后回爐并爐冷至900°C，保溫6h后空冷至室溫。利用機(jī)加工方式去除包套。6道次軋制后的板材的厚度為5.7 mm，總變形量達(dá)到了 62%，表面質(zhì)量良好，無開裂，顯微組織均勻。
【權(quán)利要求】
1.一種高鈮鈦鋁基合金板材的制備方法，其特征在于，此制備方法直接從鑄錠上切取合金坯料，經(jīng)均勻化熱處理后，放入三明治式的結(jié)構(gòu)包套中，在坯料與包套間添加剝離劑，將包套在保護(hù)性氣氛中加熱，進(jìn)行熱軋后，去除包套，得到大尺寸高鈮鈦鋁基合金板材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鈮鈦鋁基合金板材的制備方法，其特征在于，所述制備方法的步驟包括: (1)從高鈮鈦鋁合金冶金鑄錠上切取軋制坯料； (2)均勻化熱處理:在120(Tl300°C保溫I~6小時，爐冷至900°C，于900°C保溫I~6小時，空冷； (3)包套:包套采用三明治式的結(jié)構(gòu)，合金置于包套材料中間； (4)軋前加熱:在保護(hù)性氣氛中加熱，隨爐加熱到125(Tl300°C，保溫I小時，出爐熱軋； (5)包套熱軋:開軋溫度125(Tl300°C，道次壓下量15~25%，應(yīng)變速率0.5^2 s—1 ;采用一火一道的軋制方法，道次間回爐保溫10-20分鐘，經(jīng)過3飛道次后或總變形量達(dá)到60-80%之后，隨爐冷至900°C后保溫l~6h，隨后空冷至室溫； (6)去除包套:去除包套，得到高鈮鈦鋁基合金板材。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高鈮鈦鋁基合金板材的制備方法，其特征在于，此合金的成分為:Ti_ (4 4~49 at.%) Al- (6~10 at.%) Nb- (0.01 ~0.3 at.%) B- (0.01 ~0.3at.%) W- (0.Ο1~Ο.3 at.%) Y0
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高鈮鈦鋁基合金板材的制備方法，其特征在于，合金鑄錠可采用等離子冷床爐熔煉或采用真空電弧熔煉+感應(yīng)凝殼熔煉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高鈮鈦鋁基合金板材的制備方法，其特征在于，所述包套材料為304不銹鋼或TC4鈦合金中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高鈮鈦鋁基合金板材的制備方法，其特征在于，步驟(5)中乳制后，在冷卻的過程中，在900 C保溫2h后，隨爐冷卻。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高鈮鈦鋁基合金板材的制備方法，其特征在于，在步驟(3)中，在合金坯料與包套之間添加f 2mm厚度的ZrO粉末做為剝離劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高鈮鈦鋁基合金板材的制備方法，其特征在于，所述剝離劑ZrO的純度為99.5%，粒度為20 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高鈮鈦鋁基合金板材的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中的包套為焊接密封。
【文檔編號】B21B47/04GK103801581SQ201410035393
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】林均品, 沈正章, 梁永鋒, 張來啟, 郝國建 申請人:北京科技大學(xué)