本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域，尤其涉及一種新型金屬間化合物耐高溫輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料Ti2AlNb合金大尺寸盤(pán)件的鍛造成型方法。

背景技術(shù)：
為實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)減重的目的，需要采用一種新型輕質(zhì)耐高溫結(jié)構(gòu)材料替代目前的高溫合金。Ti2AlNb合金是20世紀(jì)九十年代初開(kāi)始研發(fā)的一類新型Ti‐Al系金屬間化合物材料。具有密度低(約5.3g/cm3)、彈性模量高、高溫強(qiáng)度高、斷裂韌性高、蠕變抗力高、熱膨脹系數(shù)低、無(wú)磁性和阻燃性能好等優(yōu)點(diǎn)，將其作為輕比重高溫結(jié)構(gòu)材料用于制作航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件，將有助于通過(guò)結(jié)構(gòu)減重實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步。與現(xiàn)用鐵/鎳/鈷基高溫合金以固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化等方法使得在高溫下具有較好的力學(xué)性能不同，Ti2AlNb合金的高溫強(qiáng)度源于自身原子長(zhǎng)程有序的排列和特殊的結(jié)合鍵。但同時(shí)這種長(zhǎng)程有序的結(jié)構(gòu)中可開(kāi)動(dòng)的滑移系數(shù)目有限、超結(jié)構(gòu)位錯(cuò)柏氏矢量大、位錯(cuò)交滑移困難，這些因素使Ti2AlNb合金室溫下的拉伸塑性和斷裂韌性較低，解決Ti2AlNb合金室溫脆性問(wèn)題是其實(shí)用化的前提。目前解決Ti2AlNb合金室溫脆性問(wèn)題的方法是在較低溫度的(α2+B2+O)三相區(qū)或(O+B2)兩相區(qū)下鍛造成型(1000℃以下)，并通過(guò)后續(xù)的固溶+時(shí)效處理在Ti2AlNb合金制備的鍛件中得到少量初生α2/O相顆粒和取向混亂的O相二次細(xì)層片分布于B2基體之中的雙態(tài)組織，這種組織具有良好的室溫塑性和高溫強(qiáng)度。這一方法的缺點(diǎn)是由于鍛造成型過(guò)程是在溫度較低的(α2+B2+O)三相區(qū)或(O+B2)兩相區(qū)進(jìn)行，而Ti2AlNb合金變形抗力大，可變形溫區(qū)窄，熱加工塑性低。材料在鍛造成型過(guò)程每火次變形量小、變形火次多、加工周期長(zhǎng)，鍛造時(shí)材料易開(kāi)裂、材料利用率、鍛件成型困難、加工成本高。在制備Ti2AlNb合金大尺寸部件時(shí)，這些問(wèn)題更加突出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的是提供一種Ti2AlNb合金大尺寸盤(pán)件的鍛造工藝方法，它能夠克服Ti2AlNb合金大尺寸件鍛造開(kāi)裂和組織不均勻的缺陷，獲得大尺寸鍛件，提高成材率。為了克服上述缺點(diǎn)，本發(fā)明所提出的新技術(shù)是在較高溫度的(α2+O)兩相區(qū)(1000～1050℃)鍛造成型直徑φ500mm～700mm、高度60mm～120mm的大尺寸Ti2AlNb合金盤(pán)件，并通過(guò)控制鍛造前坯料加熱方式、保溫時(shí)間、鍛造時(shí)的變形量、變形速率和后續(xù)的固溶+時(shí)效熱處理溫度和時(shí)間得到一種由細(xì)晶的B2轉(zhuǎn)變而成的(O+B2)近全板條網(wǎng)籃組織，該組織的盤(pán)件在弦向具有較好的室溫塑性和高溫強(qiáng)度。由于采用上述工藝方法，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果：1、本發(fā)明解決了一種Ti2AlNb合金大尺寸盤(pán)件鍛造易開(kāi)裂和組織不均勻的缺陷，實(shí)現(xiàn)一種Ti2AlNb合金大尺寸盤(pán)件的鍛造。同時(shí)為相關(guān)大尺寸難鍛造材料的鍛造提供很好的借鑒。2、本發(fā)明鍛造的一種Ti2AlNb合金大尺寸盤(pán)件，化學(xué)成分和力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求，尺寸余量能滿足產(chǎn)品加工要求。為該材料在發(fā)動(dòng)機(jī)上的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。具體實(shí)施方式下面將對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明是一種Ti2AlNb合金大尺寸盤(pán)件的鍛造工藝方法。具體的鍛造工藝方法為：坯料到溫裝爐，保溫時(shí)間冷料加熱按0.3～0.4min/mm控制，熱料回爐按0.1～0.2min/mm控制防止由于加熱時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致的坯料中的B2晶粒尺寸的長(zhǎng)大，盤(pán)件在6300噸以上的水壓機(jī)上采用靜壓方法成型、每火次壓下量40～60％，變形速率應(yīng)在1×10‐1s‐1～5×10‐1s‐1之間、鍛造前錘砧、壓頭需預(yù)熱至200℃以上，并需在坯料的上下表面放置石棉保溫氈、石棉保溫氈厚度要求大于20mm。成型后的鍛件經(jīng)機(jī)械加工去除表面的氧化層和鍛造缺陷。在電爐中整體進(jìn)行固溶和時(shí)效處理。固溶溫度980±10℃，固溶時(shí)間3～4小時(shí)，冷卻方式油淬。時(shí)效溫度800±10℃，時(shí)效時(shí)間20～30小時(shí)，冷卻方式空冷。本發(fā)明實(shí)施實(shí)例：某發(fā)動(dòng)機(jī)整流段用Ti2AlNb合金盤(pán)鍛件尺寸為φ610±10mm、高度100±5mm。盤(pán)鍛件采用名義成份為T(mén)i‐22Al‐25Nb(at％)的Ti2AlNb合金制備，坯料為φ380mm的Ti2AlNb合金鑄錠經(jīng)均勻化、開(kāi)坯、改鍛成的φ300mm×400mm的Ti2AlNb合金棒材。鍛造前坯料在電爐中加熱，到溫裝爐，保溫時(shí)間100min,鍛造前錘砧、壓頭預(yù)熱至250℃，在坯料的上下表面放置30mm厚石棉保溫氈，第一火變形后坯料高度實(shí)測(cè)203mm，趁熱回爐，保溫30min后，第二火變形，變形后坯料高度實(shí)測(cè)105mm，直徑最大φ625mm、最小φ613mm，坯料表明完整，沒(méi)有裂紋產(chǎn)生。盤(pán)鍛件經(jīng)機(jī)械加工去除表面的氧化層后的尺寸為φ610mm×100mm。在電爐中整體進(jìn)行固溶和時(shí)效處理。固溶溫度980±10℃，固溶時(shí)間3小時(shí)后油淬。時(shí)效溫度800±10℃，時(shí)效時(shí)間24后空冷。熱處理后沿盤(pán)件的弦向取樣進(jìn)行室溫拉伸、650℃拉伸和650C/360MPa持久壽命試驗(yàn)，取樣及性能測(cè)試方法按GB/T228(室溫拉伸)、GB/T4338(高溫拉伸)、GB/T4161(高溫持久)的規(guī)定執(zhí)行。力學(xué)性能測(cè)試的結(jié)果為：室溫拉伸強(qiáng)度1150MPa，塑性8.0％；650℃拉伸強(qiáng)度896MPa，塑性14％；50℃/360MPa持久壽命241小時(shí)。其室溫塑性和高溫強(qiáng)度水平與雙態(tài)組織的相當(dāng)，但因?yàn)槠溴懺鞎r(shí)采用的溫度更高，大尺寸盤(pán)件更容易鍛造成型，且鍛造時(shí)材料不易開(kāi)裂，材料利用率高，因而具有較大的工程應(yīng)用意義。普通光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡下觀察的盤(pán)件的微觀組織中晶粒平均直徑約為150μm。原始B2晶界處有小量細(xì)小的α2相顆粒存在，α2相顆粒體積百分含量小于1％。其余為細(xì)小的O相板條，與晶內(nèi)相比，晶界處O相板條略顯粗大，是一種典型的細(xì)晶網(wǎng)籃組織。