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Ti2AlNb 合金超塑成形/扩散连接工艺

阅读：1021发布：2020-11-20

专利汇可以提供Ti2AlNb 合金超塑成形/扩散连接工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种Ti2AlNb 合金超塑成形/扩散连接工艺，包括如下步骤：S1、Ti2AlNb材料终轧温度为960℃，后经1000℃，2h 退火处理，材料密度为5.3g/cm3；S2、设定拉伸应变速率为10-3-10-4每秒，可确定夹头最大速度为1.44mm/min，最小速度为0.144mm/min，为计算变速率敏感性指数m值，设定3组不同速度的实验，另取一速度0.72mm/min，分别在920℃、940℃和960℃三个温度进行试验，得到各温度下工程应力 -工程应变曲线；S3、测量材料的延伸率与温度及应变速率关系；S4、m值应为应力应变速率双对数曲线的斜率。，下面是Ti2AlNb 合金超塑成形/扩散连接工艺专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种Ti2AlNb 合金超塑成形/扩散连接工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、Ti2AlNb材料终轧温度为960℃，后经1000℃，2h 退火处理，材料密度为5.3g/cm3；
S2、设定拉伸应变速率为10-3-10-4每秒，可确定夹头最大速度为1.44mm/min，最小速度为0.144mm/min，为计算变速率敏感性指数m值，设定3组不同速度的实验，另取一速度
0.72mm/min，分别在920℃、940℃和960℃三个温度进行试验，得到各温度下工程应力-工程应变曲线；
S3、测量材料的延伸率与温度及应变速率关系，根据式(1)求得10％的流动应力，即应变为10％标称应变的流动应力；
式(1)：σ10＝(1.1F10)/S0；
S4、根据式(2)知，m值应为应力应变速率双对数曲线的斜率；
式(2)：m＝d(lnσ10)/d(lnε)；
m值越大，材料抗颈缩的能力越强，更容易获得较大的延伸率。

说明书全文

Ti2AlNb合金超塑成形/扩散连接工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及Ti2AlNb合金超塑成形/扩散连接工艺。

背景技术

[0002] 1988年，印度国防实验室文献在Ti3Al基合金的增塑增强研究中，发现了一种成分在Ti2AlNb附近、性能优异的有序正交相O相.O相合金基于Ti2AlNb成分，具有CmCm对称的三元有序正交晶体结构，可被认为是α2的一种微小的畸变形式，即O相中Nb原子在Ti的亚点阵上进一步有序排列，使α2相基面上的对称性降低，从而变成正交结构.以O相为基础的Ti2AlNb基合金，由于长程有序的超点阵结构减少位错运动和高温散，使其具有优良的高温性能(比强度、比刚度、高温蠕变抗力、抗氧化性、耐热性、阻燃性能)，其室温塑性和断性较低.相对于γ-TiAl和α2相合金，其室温塑性较好，能在700-800℃范围内长时间使用，短时使用温度可高于1100℃，其密度低于镍基高温合金，因而已经成为最具潜力的航空航天高温结构材料。

[0003] 超塑成形/扩散连接(SPE/DB)技术是利用材料在超塑状态下流变抗力异常低、流变性能异常高的优越特性，通过施加气压，使材料在适当的应力和应变速率下延展，进行构件整体成形的工艺过程。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题，就是提出Ti2AlNb合金超塑成形/扩散连接工艺。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

[0006] 一种Ti2AlNb合金超塑成形/扩散连接工艺，包括如下步骤：

[0007] S1、Ti2AlNb材料终轧温度为960℃，后经1000℃，2h 退火处理，材料密度为5.3g/cm3；

[0008] S2、设定拉伸应变速率为10-3-10-4每秒，可确定夹头最大速度为1.44mm/min，最小速度为0.144mm/min，为计算变速率敏感性指数m值，设定3组不同速度的实验，另取一速度0.72mm/min，分别在920℃、940℃和960℃三个温度进行试验，得到各温度下工程应力-工程应变曲线；

[0009] S3、测量材料的延伸率与温度及应变速率关系，根据式(1)求得10％的流动应力，即应变为10％标称应变的流动应力；

[0010] 式(1)：σ10＝(1.1F10)/S0；

[0011] S4、根据式(2)知，m值应为应力应变速率双对数曲线的斜率；

[0012] 式(2)：m＝d(lnσ10)/d(lnε)；

[0013] m值越大，材料抗颈缩的能力越强，更容易获得较大的延伸率。

[0014] 与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：Ti2AlNb合金的最佳超塑性变形条件：温度960℃，变形速率0.144mm/min，获得延伸率高于230％，应变速率敏感指数m为0.31，其最大延伸率和应变速率敏感性指数均满足SPE/DB工艺要求。附图说明

[0015] 图1为原始板材SEM组织(背散射电子像)(轧制面)及EBESB图像；

[0016] 图2为Ti-22Al-xNb三元系合金相图；

[0017] 图3为不同温度下的应力应变曲线；

[0018] 图4为断裂延伸率与温度和应变速率的关系；

[0019] 图5为应变速率和σ10双对数曲线。

具体实施方式

[0020] 为让本领域的技术人员更加清晰直观的了解本发明，下面将结合附图，对本发明作进一步的说明。

[0021] 一种Ti2AlNb合金超塑成形/扩散连接工艺，包括如下步骤：

[0022] S1、以中科院金属研究所提供的名义成分为Ti22Al124.5Nb0.5Mo(at.％)(即Ti2AlNb合金)热轧板材为研究对象，材料终轧温度为960℃，后经1000℃，2h退火处理，材料密度为5.3g/cm3；

[0023] 原始板材SEM背散射电子像及EBSD图像见图1；背散射电子像衬度与合金各相平均原子序数有关，原子序数越大，衬度越亮，反之越暗，由此可知，原始板材主要由两相或三相组成。对图中A，B两点进行EDS分析见表1，A点处Al含量偏大，Nb含量偏小，衬度较暗；B点处Nb含量偏大，Al含量偏小，衬度较亮.由于该合金原始板材退火温度为1000℃，由Ti22AlxNb(at.％)相图(图2)可知，该温度处于由α2+β/B2+O三相区到α2+B2两相区的转变温度附近，因此，理论上构成原始板材的两个主相应为α2相和B2相.根据Al是α相稳定元素，Nb是β相稳定元素及相关文献可断定，图中Nb含量较少的较暗区域为α2相，Nb含量较多的较亮区域为B2相，α2相近乎等轴状，分布于B2基体内。

[0024] S2、设定拉伸应变速率为10-3-10-4每秒，可确定夹头最大速度为1.44mm/min，最小速度为0.144mm/min，为计算变速率敏感性指数m值，设定3组不同速度的实验，另取一速度0.72mm/min，分别在920℃、940℃和960℃三个温度进行试验，得到各温度下工程应力-工程应变曲线；

[0025] 超塑拉伸遵循《金属超塑性材料拉伸性能测定方法》GB/T24172-2009.设定拉伸应变速率为10-3-10-4s-1，可确定夹头最大速度144mm/min，最小速度为0.144mm/min。为计算应变速率敏感性指数m值，需要3组不同速度的试验，另取一速度0.72mm/min，分别在920、940和960℃三个温度进行试验，各温度下工程应力－工程应变曲线见图3。图4为延伸率与温度及应变速率关系，920℃时候延伸率较小，材料在该温度下显示出超塑性，但其断后伸长率并不高.随着温度的升高，材料的延伸率呈增加趋势，主要是因为温度升高可以降低临界切变应力并提高原子的自由能，促进晶界的滑移.在940℃、960℃时，延伸率随着应变速率降低而增加，960℃时低应变速率下拉伸，最高应变量可达到230％；

[0026] S3、测量材料的延伸率与温度及应变速率关系，根据式(1)求得10％的流动应力见表1，即应变为10％标称应变的流动应力；

[0027] 式(1)：σ10＝(1.1F10)/S0；

[0028] 表1：σ10流动应力

[0029]

[0030] S4、应变速率敏感系数m的物理意义是阻止缩颈的发展，维持变形的均匀性。超塑性材料发生变形时，流动应力随着变形速率的增大而增大。如果在某处发生颈缩时，该处的应变速率便会增大，则该处变形的流动应力便会增大，阻止颈缩的进一步扩展。此时变形将会向其它区域发展，最终将获得较大的延伸率。对于超塑性金属，m＝0.3-1.0。m值越大，材料抗颈缩的能力越强，更容易获得较大的延伸率。根据式(2)知，m值应为应力应变速率双对数曲线的斜率；

[0031] 式(2)：m＝d(lnσ10)/d(lnε)；

[0032] σ10应变速率双对数曲线见图5，随着温度的升高m值增加，呈现较好的超塑性。在920、940和960℃时对应m值分别为0.14、0.28和0.31。Ti2AlNb合金的最佳超塑性变形条件：
温度960℃，变形速率0.144mm/min，获得延伸率高于230％，应变速率敏感指数m为0.31，其最大延伸率和应变速率敏感性指数均满足SPE/DB工艺要求。

[0033] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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