本发明属于锻造，具体涉及电流辅助tial合金温度-应力增塑锻造装置及成形方法。
背景技术：
1、tial合金是一种新型轻质耐热材料，具有密度低、高温性能优异的特点，现已在航空航天领域取得广泛应用。美国ge公司在波音飞机多个型号发动机上使用tial合金代替传统镍基高温合金作为低压涡轮叶片材料，成功实现推重比增加以及节能减排。目前已取得实际应用的tial低压涡轮叶片采用非塑性成形加工方法的熔模铸造和电子束熔化制造。这是因为tial合金作为金属间化合物，具有本征脆性，且热加工性能差，由于叶片形状复杂，变形量大，难以通过锻造成形方法进行制造，且极易开裂。然而，锻造成形可以显著改善合金微观组织，提高机械性能，因此有必要研究适合于tial合金的锻造成形方法。
2、对于难变形、热加工性能差的合金，通常采用等温锻造的方法进行成形，即将模具和坯料同时加热至锻造温度，保温一段时间后在较低的应变速率下进行成形，这种成形方法可以保证坯料在变形过程中温度保持恒定，防止坯料温度向模具散失导致塑性下降造成开裂，同时，较低的应变速率也提高了坯料的塑性。然而，难变形合金本身高温强度高，要将模具加热至锻造温度对坯料进行成形，需要模具材料的高温强度远高于坯料，对模具材料高温性能提出了极高的要求，同时为防止氧化等问题，还需要在真空或保护气环境下进行成形，导致生产成本极高，另外，由于应变速率较低，成形时间长，导致锻造效率较低。因此，tial合金的等温锻造锻造成形工艺不仅需要将模具加热至很高温度，而且需要在真空或保护气环境下，锻造效率低，生产成本高。
3、现有的包套锻造方法将包套和坯料同时加热至锻造温度，包套向坯料提供三向压应力，从而提高坯料塑性(处于三向压应力状态时塑性最高)，防止开裂。由于包套金属在高温时强度远低于内部tial坯料，无法对tial坯料提供三向压应力，达不到增加塑性的效果，存在坯料容易开裂等问题。因此，需要研究出适用于tial坯料的三向压应力锻造成形方法。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于提供一种电流辅助tial合金温度-应力增塑锻造装置及成形方法，该装置和方法采用三向压应力锻造成形方法对tial坯料进行锻造成形，提高了tial合金的塑性，降低了开裂风险，提高了成品率及生产效率，降低了生产成本。
2、本发明所采用的技术方案是：
3、一种电流辅助tial合金温度-应力增塑锻造装置，其包括上模、下模、电源；
4、tial坯料包裹一层隔热材料后，置于金属套内；所述金属套置于上模、下模之间的型腔中；
5、所述电源的两端分别与金属套的两端紧密连接，向金属套施加一定预压力，且使tial坯料和金属套产生热效应。
6、优选的，所述装置还包括热电偶、温度控制系统；
7、所述热电偶依次穿过下模的通孔、金属套的小孔后与tial坯料表面接触，热电偶监测tial坯料温度，并将该温度传递给温度控制系统，温度控制系统根据该温度实时调整电源电流大小，以控制tial坯料温度。
8、优选的，所述预压力为0-0.1mpa。
9、优选的，所述电源为带有铜排的直流电源。
10、优选的，所述金属套需要满足以下关系：
11、
12、其中，ρ套为金属套密度，ρ套为金属套电阻率，r为金属套内径，r为金属套外径，c套为金属套比热容。
13、本发明还提供一种电流辅助tial合金温度-应力增塑锻造成形方法，该方法采用上述电流辅助tial合金温度-应力增塑锻造装置；
14、所述方法根据tial坯料和金属套电阻率、比热容和强度的差异，调整金属套的材质和tial坯料的横截面积比，使金属套强度大于内部tial坯料；通过电流对tial坯料和金属套进行电阻加热，使金属套向tial坯料提供三向压应力，起到增加塑性的效果。
15、优选的，所述方法包括如下步骤：
16、s1、将tial坯料涂抹玻璃润滑剂，并包裹一层隔热材料后，塞入内径为r，外径为r的金属套内，tial坯料和金属套长度相同，将装有tial坯料的金属套放入锻造模具的下模的型腔中；
17、s2、将电源的两端与金属套的两个端面紧密连接，产生0-0.1mpa的预压力；打开电源，对金属套进行通电；
18、s3、电源的电流通过tial坯料和金属套时产生热效应，tial坯料和金属套温度升高，待内部tial坯料温度上升至锻造温度后，保温一定时间后关闭电源，将电源的两端撤离金属套的两个端面；
19、s4、上模下行进行锻造成形。
20、优选的，s3中，tial坯料升温速率控制在1-50℃/s内，tial坯料锻造温度范围为900-1400℃；当tial坯料温度上升至锻造温度后，此时金属套的温度范围为300-1000℃，低于内部tial坯料温度，从而实现金属套强度大于tial坯料强度。
21、优选的，s3中，待内部tial坯料温度上升至锻造温度后，保温1-10min，然后关闭电源。
22、优选的，s4中，成形速率为0.1-10s-1。
23、优选的，隔热材料为玻璃纤维布、陶瓷纤维布、保温涂料等。金属套的材质为钢、钛合金、铜等。
24、本发明的有益效果在于：
25、电流辅助设备(电源)可以给金属套和内部tial坯料相同截面上提供同等大小的电流，实现坯料的迅速加热；另外，由于tial合金电阻率较大，根据tial坯料和金属套材料电阻率、比热容和强度的差异，当金属套材质和尺寸满足一定数量关系时，在相同的电流下，金属套产生焦耳热及温升将远低于内部tial坯料，从而实现金属套强度大于tial坯料强度，即“硬包软”，在锻造过程中，金属套能够对内部tial坯料提供强烈的三向压应力，从而提高tial合金的塑性，可以在较快的速率下进行锻造成形，避免tial坯料发生开裂缺陷；同时，提高了成品率及生产效率，降低了生产成本。
26、在步骤s4中，由于金属套强度大于坯料强度，在锻造成形过程中金属套能对内部坯料形成强烈的三向压应力，同时附带有保温效果，从而大幅提高坯料塑性，在较高的成形速率下(0.1-10s-1)仍能防止锻造开裂的产生。
27、将坯料升温速率控制在1-50℃/s内，以便温度的控制，这是因为坯料升温速率太慢，会使加热时间太长，效率过低；太快可能导致温冲使温度控制不佳。
28、涂抹玻璃润滑剂，以在锻造过程中起到润滑减小摩擦的作用。
29、向金属套施加一定预压力，以使金属套与铜排接触紧密后才能通电加热。
1.一种电流辅助tial合金温度-应力增塑锻造装置，其特征在于：包括上模、下模、电源；
2.根据权利要求1所述的电流辅助tial合金温度-应力增塑锻造装置，其特征在于：所述装置还包括热电偶、温度控制系统；
3.根据权利要求1所述的电流辅助tial合金温度-应力增塑锻造装置，其特征在于：所述预压力为0-0.1mpa。
4.根据权利要求1所述的电流辅助tial合金温度-应力增塑锻造装置，其特征在于：所述电源为带有铜排的直流电源。
5.根据权利要求1所述的电流辅助tial合金温度-应力增塑锻造装置，其特征在于：所述金属套需要满足以下关系：
6.一种电流辅助tial合金温度-应力增塑锻造成形方法，其特征在于：所述方法采用权利要求1-5中任一所述的电流辅助tial合金温度-应力增塑锻造装置；
7.根据权利要求6所述的电流辅助tial合金温度-应力增塑锻造成形方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的电流辅助tial合金温度-应力增塑锻造成形方法，其特征在于：
9.根据权利要求7或8所述的电流辅助tial合金温度-应力增塑锻造成形方法，其特征在于：
10.根据权利要求7所述的电流辅助tial合金温度-应力增塑锻造成形方法，其特征在于：
