[發明專利]TiAl合金改進包套及應用其進行大變形量軋板的方法

有效

• 申請號: 201510060882.5
• 申請日: 2015-02-05
• 公開（公告）號: CN104646419A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 陳玉勇;郭險峰;孔凡濤;肖樹龍;田竟;徐麗娟;王曉鵬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B21B1/38
• 分類號: B21B1/38;B21B47/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明屬于TiAl合金軋制加工領域，具體涉及一種改進的軋制用包套及應用其軋制TiAl合金的方法。

背景技術

TiAl合金熱加工的條件比較苛刻，這是因為TiAl合金的本質脆性，在高溫變形過程中一旦力學狀態惡化，比如存在拉應力狀態，TiAl合金極易產生裂紋，從而斷裂。TiAl合金能夠順利進行高溫變形的溫度區間非常狹窄，TiAl合金的熱加工都是在等溫條件下進行，而等溫條件下熱加工的成本很高，難以大規模生產。所以，TiAl合金的軋制一般采取用金屬材料包裹TiAl合金板坯在普通軋機下進行約束條件下的準等溫軋制的方法，此方法的優點在于利用包套保持板坯的加工溫度；包套材料和TiAl合金在熱加工過程中強度配合度高的情況下，能使TiAl合金獲得良好的力學狀態，如壓應力狀態；由于利用普通軋機而不是等溫軋機，成本大幅下降，可以形成規模化生產。基于保溫考慮，現有包套采取完全等厚和大厚度設計，即在長度、寬度和高度等三個方向上的包套厚度相同，而包套厚度是板坯的3～4倍。但現有包套有兩個缺點，一是在三個方向上的完全等厚度設計沒有考慮到工件在高溫軋板過程中實際的溫度場分布特點，浪費包套材料；二是大厚度設計使得包套材料和板坯材料在高溫軋板過程中的強度配合不好，從而板坯材料處于不利的應力狀態，易于破裂。

基于TiAl合金硬脆而難變形的特點，現有TiAl合金軋板工藝采用小變形量(道次變形量在5％-10％之間)多道次軋制方法，此種小變形量多道次工藝的缺點在于小變形量并不能使變形非常容易進行，而且由于多道次的軋制，板坯的溫度場從高溫到低溫又到高溫地交替變化多次，包套和板坯多次變形，板坯的應力狀態趨于惡化，對于難變形的TiAl合金而言，增大了板坯破裂的幾率，同時增加了軋板成本。

發明內容

本發明目的是為了解決現有大厚度包套浪費包套材料以及小變形量多道次軋制板坯易使板坯破裂的問題，而提供TiAl合金改進包套及應用其進行大變形量軋板的方法。

本發明由長邊圍板、寬邊圍板、上蓋板、下蓋板、保溫層和導熱墊片組成，長邊圍板和寬邊圍板圍成矩形邊框，在矩形邊框的上、下表面焊接有上蓋板和下蓋板形成包套腔，置于包套腔內的TiAl合金板坯與寬邊圍板之間填充有保溫層，TiAl合金板坯與上蓋板、下蓋板之間夾有導熱墊片，長邊圍板和寬邊圍板的厚度相同，上蓋板或下蓋板的厚度與TiAl合金板坯的厚度比為0.8～1.2︰1。

本發明TiAl合金改進包套根據高溫軋板時工件的溫度場變化和分布特點設計合理的包套結構和包套厚度，保證合金板坯在高溫軋板過程中處于合適的溫度場中，使包套材料和板坯材料強度配合良好，并節約包套材料。

本發明應用TiAl合金改進包套進行大變形量軋板的方法按以下步驟實現：

一、將TiAl合金板坯裝入TiAl合金改進包套中制成加工工件，然后將加工工件送進加熱爐加熱，加工工件隨爐加熱至TiAl合金板坯的軋板溫度(即塑性變形溫度)，加工工件在軋板溫度下保溫，得到保溫的加工工件；

二、將保溫的加工工件出爐轉運至軋板機進行軋板，控制第一道次的總變形量為30％～50％，隨后將加工工件送回加熱爐，在軋板溫度下保溫，待加工工件的溫度回升至軋板溫度后出爐，轉運至軋板機進行軋板，第二道次的總變形量為剩余工件厚度的20％～30％，加工工件再次送回加熱爐，再在軋板溫度下保溫，待加工工件的溫度回升至軋板溫度后出爐，轉運至軋板機對加工工件進行校平，得到校平后的加工工件；

三、將校平后的加工工件送進600℃的緩冷爐進行緩冷處理，當加工工件的溫度達到600℃后出爐，完成TiAl合金的軋板。

本發明根據實驗研究和對TiAl合金高溫變形規律的分析，發現小變形量并不容易使TiAl合金在高溫下變形，滑移系開動困難，同時小變形量在軋板過程中會使TiAl合金表面存在有害的拉應力狀態，導致TiAl合金加工面產生微裂紋。而本發明采用大變形量不但在軋板過程中對TiAl合金產生壓應力，同時為滑移系開動提高足夠高的能量，這些都有利于TiAl合金塑性變形，使TiAl合金軋板順利進行。大變形量也減少了道次數，TiAl合金應力狀態惡化的幾率降低，軋板的成本由于加工時間和工序的減少而顯著降低。

綜上，本發明TiAl合金改進包套及應用其進行大變形量軋板的方法包含以下有益效果：