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題。這種方法以合金或單質粉末為原材料，通常先采用常規(guī)塑性加工方法（如模壓、冷等靜壓等）對粉末進行固結成形，在經燒結就可直接獲得特定形狀的零件，同時實現(xiàn)制件的近終成型，這樣就避免了對TiAl基合金的后續(xù)加工。同時，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、細小。目前基于高溫合金粉末冶金的具體方法主要有:機械合金化、反應燒結、預合金粉末法、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合在一起使用，難以嚴格區(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含量（如氧、氮等），并且粉末冶金制得合金組織不致密，內部經常存在孔隙，這些都嚴重的限制了粉末冶金方法的應用及推廣。部分學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基合金的力學性能。在但由于Ti、Al元素擴散系數(shù)差別太大，元素反應擴散距離大，以及柯肯達爾效應的影響，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、燒結工藝的優(yōu)化、雜質的控制、提高合金的致密度等方面，粉末冶金還有較長的路要走。鑄錠冶金鑄錠冶金是合金熔煉、鑄造、鍛造和軋制等技術的綜合，是目前TiAl基合金的典型加工工藝。一般由鑄造出來的鑄錠，組織都比較粗大，成分由于偏析的存在而不均勻，并且內部也或多或少的存在縮松、縮孔等缺陷。鑄錠在進行塑性加工之前，一般要對其進行熱等靜壓，實現(xiàn)對鑄錠的均勻化處理。這樣可以一定程度上除合金成分的偏析，同時合金鑄錠中的微觀縮孔或孔洞也能被壓實、焊合，這就可以防止鑄錠在后續(xù)熱加工過程中由于微觀縮孔與孔洞引起的應力集中或合金的不均勻流變造成的鑄錠的變形開裂。對Al>46%（原子）的合金熱等靜壓多選擇在1260^/175MPa進行。通過對鑄錠的進行熱加工，可以破碎粗大的鑄態(tài)組織，細化品粒，進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又不開裂，所獲得的組織中有超過50%的板條組織球化。在鍛造過程中增大保壓時間、將鍛件在鍛模內短暫停留或在兩步鍛造中間進行熱處理都可以促進球化。從而細化組織，提高材料的力學性能。包套鍛造可以在鍛坯外設置包套，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保持均勻的溫度，從而得到細小、均勻的顯微組織及良好的鍛坯表面質量。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［38］。包套技術與擠壓技術結合起來，形成了包套擠壓技術，這種技術也能極大程度的優(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)大學陳玉勇教授帶領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。為了實現(xiàn)這種工藝過程，必須采用專門的設備一離心鑄造機（簡稱為離心機），提供使鑄型旋轉的條件。根據(jù)鑄型旋轉軸在空間位置的不同，常用的離心機分為立式離心鑄造機和臥式離心鑄造機兩種。立式離心鑄造的鑄型是繞垂直軸旋轉的，臥式離心鑄造機的鑄型是繞水平軸旋轉的。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程相比，離心鑄造具有以下特點：⑴鑄型小的液體金屬能形成中空圓柱形的自由表面，不用型芯就可形成中空的套簡和管類鑄件。⑵顯著提高液體金屬的充填能力，改善充型條件，可用于澆注流動性較差的合金和壁厚較薄的鑄件。⑶有利于鑄型內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，鑄件的機械性能好。⑷可減少甚至不用澆冒口系統(tǒng)，降低