專利名稱：一種Ti₃Al基合金薄壁筒成形方法
技術領域：
本發明涉及筒體熱成形、校形、焊接及焊后熱處理工藝，具體涉及一種Ti3Al薄壁 筒體熱成形、焊接及焊后熱處理方法。
背景技術：
金屬間化合物是指由兩個或更多的金屬組元按比例組成的、具有不同于其組成元 素的長程有序晶體結構和金屬基本特性的化合物。Ti-Al、Ni-Al、Fe-Al系金屬間化合物由 于具有較小的密度、更高的強度和更好的耐熱性能等特點，在航空、航天、能源、汽車等高科 技領域有著廣泛的應用前景，尤其是進入應用研究階段的金屬間化合物Ti3Al基合金，有較 高的彈性模量，較低的密度，與鈦合金相比，具有更好的高溫機械性能和更高的使用溫度， 與鎳基高溫合金相比，可減輕質量40%左右，是介于鈦合金和鎳基高溫合金使用溫度之間 的比較理想的航空航天用高溫結構材料。目前發展比較成熟、綜合性能比較好、已進入航天應用研究階段的Ti3Al基合金為 (a2+^/B2+0)三相合金，以Ti-23Al-17Nb合金為代表，其室溫屈服強度可達1200MPa、拉 伸延伸率高于9%，650°C拉伸屈服強度達970MPa，該合金可作為火箭發動機渦輪盤轉子的 材料。由于合金變形抗力大，成形過程中容易開裂，對該合金板材的熱成形技術研究直 接制約著該合金的工程應用。目前，文獻表明對于Ti3Al基合金板材成形工藝研究主要集中在焊接工藝方面，且 研究僅處于理論層面，僅報道了該材料的焊接工藝及經過某種熱處理工藝后接頭的組織狀 態，而關于使用該材料制造出具有某種工程應用價值的筒體研究未見報道。

發明內容
本發明的目的在于提供一種Ti3Al基合金板材薄壁筒成形方法，以解決薄壁筒成 形過程中合金變形抗力大不易變形和在變形中容易產生開裂或筒壁形成微裂紋的問題。實現本發明目的的技術方案一種Ti3Al基合金薄壁筒成形方法，該方法包括如下 步驟(1)對1. 5 4mm厚Ti3Al基合金板材在650°C 700°C的溫度條件下，采用熱滾 彎方法形成筒坯；(2)采用C02連續輸入激光熔透焊接步驟(1)所得筒坯母線方向焊縫，得到Ti3Al 基合金薄壁筒，其中激光功率為2000W 2500W、掃描速度為150cm/min 190cm/min、表面
聚焦；(3)對步驟(2)焊接后所得Ti3Al基合金薄壁筒在950°C 1000°C保溫1 3h后 隨爐冷卻；(4)對步驟(3)熱處理后的Ti3Al基合金薄壁筒在600°C 650°C進行校形；(5)對步驟⑷校形后的Ti3Al基合金薄壁筒在900 1000°C、真空條件下保溫時間1 2小時后，空氣冷卻。如上所述的一種Ti3Al基合金基合金薄壁筒成形方法，該Ti3Al基合金薄壁筒成形 方法步驟如下(1)對3mm厚Ti3Al基合金板材在700°C的溫度條件下，采用熱滾彎方法形成筒 坯；(2)采用C02連續輸入激光熔透焊接步驟(1)所得筒坯母線方向焊縫，得到Ti3Al 基合金薄壁筒，其中激光功率為2500W、掃描速度為190cm/min、表面聚焦；(3)對步驟⑵激光焊接后所得Ti3Al基合金薄壁筒在950°C保溫1. 5h后隨爐冷 卻；(4)對步驟(3)熱處理后的Ti3Al基合金薄壁筒在600°C條件下等溫校形；(5)對步驟(4)校形后的Ti3Al基合金薄壁筒在980°C、真空條件下進行熱處理， 保溫時間1. 5小時后，空氣冷卻。本發明的效果在于本發明所述的Ti3Al基合金薄壁筒成形方法具有重要的工程應用價值。與薄壁筒 成形方法特別是旋壓成形相比，采用本方法可以有效地避免成形過程裂紋產生，減小變形 抗力，特別是焊后熱處理降低了焊縫和母材的強度，提高了塑性，便于焊后校形，使得在較 低的溫度條件下校形，同時通過最終的熱處理使得筒體強度得到整體提升。通過本發明的Ti3Al基合金薄壁筒成形方法，制造出具有工程應用價值的薄壁筒 件，對該合金的工程化應用起到推動作用。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明所述的Ti3Al基合金薄壁筒成形方法作進一步描 述。實施例中使用的Ti3Al基合金板材名義成分為Ti-23Al_17Nb(at. % )，板材的尺 寸為629mmX 160mmX 3mm和943mmX 160mmX 1. 5mm兩種規格，其中軋制方向分別為629mm 長度方向和943mm長度方向。實施例1采用3mm厚Ti3Al基合金板材，該Ti3Al基合金薄壁筒成形方法(1)對3mm厚Ti3Al基合金板材在700°C的溫度條件下，采用熱滾彎方法形成直徑 O 200mm 筒坯；(2)采用C02連續輸入激光熔透焊接步驟(1)所得筒坯母線方向焊縫，得到Ti3Al 基合金薄壁筒，其中激光功率為2500W、掃描速度為190cm/min、表面聚焦；(3)對步驟(2)激光焊接后所得Ti3Al基合金薄壁筒在950°C保溫1. 5h后隨爐冷 卻；(4)對步驟(3)熱處理后的Ti3Al基合金薄壁筒在600°C進行校形；(5)對步驟(4)校形后的Ti3Al基合金薄壁筒在980°C、真空條件下進行熱處理， 保溫時間1. 5小時后，空氣冷卻。實施例2采用1. 5mm厚Ti3Al基合金板材，該Ti3Al基合金薄壁筒成形方法
(1)對1. 5mm厚Ti3Al基合金板材在700°C的溫度條件下，采用熱滾彎方法形成直 徑①300mm筒坯；(2)采用C02連續輸入激光熔透焊接步驟(1)所得筒坯母線方向焊縫，得到Ti3Al 基合金薄壁筒，其中激光功率為2000W、掃描速度為150cm/min、表面聚焦；(3)對步驟(2)激光焊接后所得Ti3Al基合金薄壁筒在950°C保溫3h后隨爐冷卻；(4)對步驟(3)熱處理后的Ti3Al基合金薄壁筒在600°C進行校形；(5)對步驟(4)校形后的Ti3Al基合金薄壁筒在980°C、真空條件下進行熱處理， 保溫時間1. 5小時后，空氣冷卻。實施例3采用3mm厚Ti3Al基合金板材，該Ti3Al基合金薄壁筒成形方法(1)對3mm厚Ti3Al基合金板材在650°C的溫度條件下，采用熱滾彎方法形成直徑 O 200mm 筒坯；(2)采用C02連續輸入激光熔透焊接步驟(1)所得筒坯母線方向焊縫，得到Ti3Al 基合金薄壁筒，其中激光功率為2500W、掃描速度為190cm/min、表面聚焦；(3)對步驟⑵激光焊接后所得Ti3Al基合金薄壁筒在1000°C保溫1. 5h后隨爐 冷卻；(4)對步驟(3)熱處理后的Ti3Al基合金薄壁筒在600°C進行校形；(5)對步驟(4)校形后的Ti3Al基合金薄壁筒在950°C、真空條件下進行熱處理， 保溫時間1. 5小時后，空氣冷卻。實施例4采用1. 5mm厚Ti3Al基合金板材，該Ti3Al基合金薄壁筒成形方法(1)對1. 5mm厚Ti3Al基合金板材在700°C的溫度條件下，采用熱滾彎方法形成直 徑①300mm筒坯；(2)采用C02連續輸入激光熔透焊接步驟(1)所得筒坯母線方向焊縫，得到Ti3Al 基合金薄壁筒，其中激光功率為2000W、掃描速度為150cm/min、表面聚焦；(3)對步驟(2)激光焊接后所得Ti3Al基合金薄壁筒在980°C保溫2h后隨爐冷卻；(4)對步驟(3)熱處理后的Ti3Al基合金薄壁筒在650°C進行校形；(5)對步驟(4)校形后的Ti3Al基合金薄壁筒在980°C、真空條件下進行熱處理， 保溫時間2小時后，空氣冷卻。
權利要求
1.一種Ti3Al基合金薄壁筒成形方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)對1.5 4mm厚Ti3Al基合金板材在650°C 700°C的溫度條件下，采用熱滾彎方 法形成筒坯；(2)采用CO2連續輸入激光熔透焊接步驟(1)所得筒坯母線方向焊縫，得到Ti3Al基合 金薄壁筒，其中激光功率為2000W 2500W、掃描速度為150cm/min 190cm/min、表面聚焦；(3)對步驟(2)焊接后所得Ti3Al基合金薄壁筒在950°C 1000°C保溫1 3h后隨爐 冷卻；(4)對步驟(3)熱處理后的Ti3Al基合金薄壁筒在600°C 650°C進行校形；(5)對步驟(4)校形后的Ti3Al基合金薄壁筒在900 1000°C、真空條件下保溫時間 1 2小時后，空氣冷卻。
2.根據權利要求1所述的一種Ti3Al基合金基合金薄壁筒成形方法，其特征在于該 Ti3Al基合金薄壁筒成形方法步驟如下(1)對3mm厚Ti3Al基合金板材在700°C的溫度條件下，采用熱滾彎方法形成筒坯；(2)采用CO2連續輸入激光熔透焊接步驟(1)所得筒坯母線方向焊縫，得到Ti3Al基合 金薄壁筒，其中激光功率為2500W、掃描速度為190cm/min、表面聚焦；(3)對步驟(2)激光焊接后所得Ti3Al基合金薄壁筒在950°C保溫1.5h后隨爐冷卻；(4)對步驟(3)熱處理后的Ti3Al基合金薄壁筒在600°C條件下等溫校形；(5)對步驟(4)校形后的Ti3Al基合金薄壁筒在980°C、真空條件下進行熱處理，保溫 時間1.5小時后，空氣冷卻。
全文摘要
本發明提供一種Ti3Al基合金板材薄壁筒成形方法，其步驟(1)對1.5～4mm厚Ti3Al基合金板材在650℃～700℃的溫度條件下，采用熱滾彎方法形成筒坯；(2)采用CO2連續輸入激光熔透焊接筒坯母線方向焊縫，得到薄壁筒；(3)對薄壁筒在950℃～1000℃保溫1～3h后隨爐冷卻；(4)對薄壁筒在600℃～650℃進行校形；(5)對薄壁筒在900～1000℃、真空條件下保溫時間1～2小時后，空氣冷卻。采用本方法可有效避免成形過程裂紋產生，減小變形抗力，特別是焊后熱處理降低了焊縫和母材的強度，提高塑性，便于焊后校形，使得在較低的溫度條件下校形，同時通過最終的熱處理使得筒體強度得到整體提升。
文檔編號B23P15/00GK102000944SQ201010155810
公開日2011年4月6日 申請日期2010年4月27日 優先權日2010年4月27日
發明者吳愛萍, 張益坤, 朱瑞燦, 王國慶, 謝美蓉 申請人:中國運載火箭技術研究院, 首都航天機械公司