[发明专利]TiAl合金改进包套及应用其进行大变形量轧板的方法

说明书

技术领域

本发明属于TiAl合金轧制加工领域，具体涉及一种改进的轧制用包套及应用其轧制TiAl合金的方法。

背景技术

TiAl合金热加工的条件比较苛刻，这是因为TiAl合金的本质脆性，在高温变形过程中一旦力学状态恶化，比如存在拉应力状态，TiAl合金极易产生裂纹，从而断裂。TiAl合金能够顺利进行高温变形的温度区间非常狭窄，TiAl合金的热加工都是在等温条件下进行，而等温条件下热加工的成本很高，难以大规模生产。所以，TiAl合金的轧制一般采取用金属材料包裹TiAl合金板坯在普通轧机下进行约束条件下的准等温轧制的方法，此方法的优点在于利用包套保持板坯的加工温度；包套材料和TiAl合金在热加工过程中强度配合度高的情况下，能使TiAl合金获得良好的力学状态，如压应力状态；由于利用普通轧机而不是等温轧机，成本大幅下降，可以形成规模化生产。基于保温考虑，现有包套采取完全等厚和大厚度设计，即在长度、宽度和高度等三个方向上的包套厚度相同，而包套厚度是板坯的3～4倍。但现有包套有两个缺点，一是在三个方向上的完全等厚度设计没有考虑到工件在高温轧板过程中实际的温度场分布特点，浪费包套材料；二是大厚度设计使得包套材料和板坯材料在高温轧板过程中的强度配合不好，从而板坯材料处于不利的应力状态，易于破裂。

基于TiAl合金硬脆而难变形的特点，现有TiAl合金轧板工艺采用小变形量(道次变形量在5％-10％之间)多道次轧制方法，此种小变形量多道次工艺的缺点在于小变形量并不能使变形非常容易进行，而且由于多道次的轧制，板坯的温度场从高温到低温又到高温地交替变化多次，包套和板坯多次变形，板坯的应力状态趋于恶化，对于难变形的TiAl合金而言，增大了板坯破裂的几率，同时增加了轧板成本。

发明内容

本发明目的是为了解决现有大厚度包套浪费包套材料以及小变形量多道次轧制板坯易使板坯破裂的问题，而提供TiAl合金改进包套及应用其进行大变形量轧板的方法。

本发明由长边围板、宽边围板、上盖板、下盖板、保温层和导热垫片组成，长边围板和宽边围板围成矩形边框，在矩形边框的上、下表面焊接有上盖板和下盖板形成包套腔，置于包套腔内的TiAl合金板坯与宽边围板之间填充有保温层，TiAl合金板坯与上盖板、下盖板之间夹有导热垫片，长边围板和宽边围板的厚度相同，上盖板或下盖板的厚度与TiAl合金板坯的厚度比为0.8～1.2︰1。

本发明TiAl合金改进包套根据高温轧板时工件的温度场变化和分布特点设计合理的包套结构和包套厚度，保证合金板坯在高温轧板过程中处于合适的温度场中，使包套材料和板坯材料强度配合良好，并节约包套材料。

本发明应用TiAl合金改进包套进行大变形量轧板的方法按以下步骤实现：

一、将TiAl合金板坯装入TiAl合金改进包套中制成加工工件，然后将加工工件送进加热炉加热，加工工件随炉加热至TiAl合金板坯的轧板温度(即塑性变形温度)，加工工件在轧板温度下保温，得到保温的加工工件；

二、将保温的加工工件出炉转运至轧板机进行轧板，控制第一道次的总变形量为30％～50％，随后将加工工件送回加热炉，在轧板温度下保温，待加工工件的温度回升至轧板温度后出炉，转运至轧板机进行轧板，第二道次的总变形量为剩余工件厚度的20％～30％，加工工件再次送回加热炉，再在轧板温度下保温，待加工工件的温度回升至轧板温度后出炉，转运至轧板机对加工工件进行校平，得到校平后的加工工件；

三、将校平后的加工工件送进600℃的缓冷炉进行缓冷处理，当加工工件的温度达到600℃后出炉，完成TiAl合金的轧板。

本发明根据实验研究和对TiAl合金高温变形规律的分析，发现小变形量并不容易使TiAl合金在高温下变形，滑移系开动困难，同时小变形量在轧板过程中会使TiAl合金表面存在有害的拉应力状态，导致TiAl合金加工面产生微裂纹。而本发明采用大变形量不但在轧板过程中对TiAl合金产生压应力，同时为滑移系开动提高足够高的能量，这些都有利于TiAl合金塑性变形，使TiAl合金轧板顺利进行。大变形量也减少了道次数，TiAl合金应力状态恶化的几率降低，轧板的成本由于加工时间和工序的减少而显著降低。

综上，本发明TiAl合金改进包套及应用其进行大变形量轧板的方法包含以下有益效果：