高溫合金成型方法

高溫合金成型方法：熔模精密鑄造，鑄錠冶金（包括擠壓、軋制、鍛造等）粉末冶金，定向凝固。高溫合金的幾種成型方法的工藝路線粉末冶金高溫合金如TiAl基合金的室溫塑性較差，用常規(guī)塑性變形的方法加工極為困難。粉末冶金法可以很好的解決這一問(wèn)題。這種方法以合金或單質(zhì)粉末為原材料，通常先采用常規(guī)塑性加工方法（如模壓、冷等靜壓等）對(duì)粉末進(jìn)行固結(jié)成形，在經(jīng)燒結(jié)就可直接獲得特定形狀的零件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)制件的近終成型，這樣就避免了對(duì)TiAl基合金的后續(xù)加工。同時(shí)，相比于鑄造合金，采用粉末冶金法所制得的材料組織更為均勻、細(xì)小。目前基于高溫合金粉末冶金的具體方法主要有:機(jī)械合金化、反應(yīng)燒結(jié)、預(yù)合金粉末法、自蔓燃一高溫合成、爆炸合成等。這些方法常常兩種或多種方法結(jié)合在一起使用，難以嚴(yán)格區(qū)分。但是，粉末冶金方法制得的TiAl基合金部通常含有較多的雜質(zhì)含量（如氧、氮等），并且粉末冶金制得合金組織不致密，內(nèi)部經(jīng)常存在孔隙，這些都嚴(yán)重的限制了粉末冶金方法的應(yīng)用及推廣。部分學(xué)者采用熱鍛以及包套擠壓方法在一定程度上減少了孔隙率，較大的提高了TiAl基合金的力學(xué)性能。在但由于Ti、Al元素?cái)U(kuò)散系數(shù)差別太大，元素反應(yīng)擴(kuò)散距離大，以及柯肯達(dá)爾效應(yīng)的影響，均勻、高致密度的TiAl基合金仍然比較難以獲得。因此，在高純粉末的制備、燒結(jié)工藝的優(yōu)化、雜質(zhì)的控制、提高合金的致密度等方面，粉末冶金還有較長(zhǎng)的路要走。鑄錠冶金鑄錠冶金是合金熔煉、鑄造、鍛造和軋制等技術(shù)的綜合，是目前TiAl基合金的典型加工工藝。一般由鑄造出來(lái)的鑄錠，組織都比較粗大，成分由于偏析的存在而不均勻，并且內(nèi)部也或多或少的存在縮松、縮孔等缺陷。鑄錠在進(jìn)行塑性加工之前，一般要對(duì)其進(jìn)行熱等靜壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄錠的均勻化處理。這樣可以一定程度上除合金成分的偏析，同時(shí)合金鑄錠中的微觀縮孔或孔洞也能被壓實(shí)、焊合，這就可以防止鑄錠在后續(xù)熱加工過(guò)程中由于微觀縮孔與孔洞引起的應(yīng)力集中或合金的不均勻流變?cè)斐傻蔫T錠的變形開(kāi)裂。對(duì)Al>46%（原子）的合金熱等靜壓多選擇在1260^/175MPa進(jìn)行。通過(guò)對(duì)鑄錠的進(jìn)行熱加工，可以破碎粗大的鑄態(tài)組織，細(xì)化品粒，進(jìn)一步減小微觀縮孔或孔洞的影響，較大幅度的提高TiAl基合金的力學(xué)性能。通常使用的熱加工工藝主要有等溫鍛造、包套鍛造、熱軋制或熱擠壓等。等溫鍛造區(qū)間一般為1065~1175°C，名義應(yīng)變速率在10-2~10-3/s之間，壓縮比為4:1~6:1；在這種工藝條件可保證鑄錠有良好的塑性同時(shí)又不開(kāi)裂，所獲得的組織中有超過(guò)50%的板條組織球化。在鍛造過(guò)程中增大保壓時(shí)間、將鍛件在鍛模內(nèi)短暫停留或在兩步鍛造中間進(jìn)行熱處理都可以促進(jìn)球化。從而細(xì)化組織，提高材料的力學(xué)性能。包套鍛造可以在鍛坯外設(shè)置包套，在鍛坯與包套材料之間采用隔熱材料，使鍛件在的一定范圍內(nèi)保持均勻的溫度，從而得到細(xì)小、均勻的顯微組織及良好的鍛坯表面質(zhì)量。包套材料一般采用不銹鋼、TC4合金或工業(yè)純鈦，目前最好的隔熱材料是SiO2纖維網(wǎng)［38］。包套技術(shù)與擠壓技術(shù)結(jié)合起來(lái)，形成了包套擠壓技術(shù)，這種技術(shù)也能極大程度的優(yōu)化TiAl基合金的組織和性能。目前比較熱門的方向是綜合利用鑄錠冶金的方法，采用軋制的方法制備TiAl基合金板材，哈爾濱工業(yè)大學(xué)陳玉勇教授帶領(lǐng)的課題組在這方面做了許多功能工作，取得了較大的成果。離心鑄造離心鑄造是指將液態(tài)金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬液在離心力作用下完成充填和凝固成型的一種鑄造方法。為了實(shí)現(xiàn)這種工藝過(guò)程，必須采用專門的設(shè)備一離心鑄造機(jī)（簡(jiǎn)稱為離心機(jī)），提供使鑄型旋轉(zhuǎn)的條件。根據(jù)鑄型旋轉(zhuǎn)軸在空間位置的不同，常用的離心機(jī)分為立式離心鑄造機(jī)和臥式離心鑄造機(jī)兩種。立式離心鑄造的鑄型是繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的，臥式離心鑄造機(jī)的鑄型是繞水平軸旋轉(zhuǎn)的。離心鑄造可采用多種的鑄型，如金屬型、砂型、石膏型、石墨型陶瓷型及熔模型殼等等。與一般鑄造的鑄造過(guò)程相比，離心鑄造具有以下特點(diǎn)：⑴鑄型小的液體金屬能形成中空?qǐng)A柱形的自由表面，不用型芯就可形成中空的套簡(jiǎn)和管類鑄件。⑵顯著提高液體金屬的充填能力，改善充型條件，可用于澆注流動(dòng)性較差的合金和壁厚較薄的鑄件。⑶有利于鑄型內(nèi)液體金屬中的氣體和夾雜物的排除，并能改善鑄件凝固的補(bǔ)縮條件。因此，鑄件的組織致密，縮松及夾雜等缺陷較少，鑄件的機(jī)械性能好。⑷可減少甚至不用澆冒口系統(tǒng)，降低