[发明专利]一种薄带铸轧制备TiAl合金均匀组织板坯的方法

说明书

本发明属于材料冶金技术领域，具体涉及一种薄带铸轧制备TiAl合金均匀组织板坯的方法。该方法通过真空感应炉熔炼获得TiAl合金熔液，熔体经溜槽通道流入由两个反向旋转的结晶辊和侧封板组成的熔池内，对熔炼室、溜槽通道和浇注水口进行持续气氛保护，控制熔池上表面合金熔体过热度为20～40℃，熔体与结晶辊辊面的接触弧长度100～250mm，熔体与结晶辊辊面的接触时间0.3～0.4s，使熔体经结晶辊凝固和轧制变形并导出，获得薄带铸轧TiAl合金薄板坯。板坯出轧辊后立即进行缓冷处理，保温温度为800～1050℃并随炉冷却至室温，获得具有均匀等轴晶组织的TiAl合金板坯。本发明通过控制铸轧工艺参数和板坯的缓冷过程，实现具有均匀细小等轴组织、无中心偏析的高质量TiAl合金板坯。

技术领域：

本发明属于材料冶金技术领域，具体涉及一种薄带铸轧制备TiAl合金均匀组织板坯的方法。

背景技术：

TiAl合金是一种新型的轻质耐高温结构材料，具有密度低、高温强度高、良好的抗氧化性和高温抗蠕变性能等优点，是航空航天用高温结构部件的理想材料。然而，TiAl合金室温塑性低，热加工困难，大尺寸板材难以制备，严重限制该合金的开发和应用。目前，TiAl合金板材主要通过包套热轧和等温轧制的方式进行制备，相关方法可以解决TiAl合金薄板在热变形过程中高温散热快、裂纹萌生及扩展等问题。但是，受限于包套热轧的结构稳定性以及热轧工艺的复杂性，导致板材成品率较低，工业尺寸板材较难获得。同时等温热轧设备价格昂贵，所制备板材容易存在粗大的层片组织，导致成形性能较差。

除此之外，双辊薄带铸轧技术能够有效实现大规格TiAl合金薄板的制备。该技术是将液态金属直接注入由两个铸轧辊和侧封板构成的熔池内，并随铸轧辊的旋转铸造及轧制出半成品坯或成品材薄带板材的一种新工艺。其近终成形的特点可以实现难变形金属大尺寸板材的制备，同时该过程具有亚快速凝固的特点，可以显著细化铸态组织，有效改善力学性能。然而，在双辊铸轧制备TiAl合金板坯过程中，其冷却特点易导致晶粒对称生长，在板坯厚度方向出现柱状晶、等轴晶的不均匀分布，同时该过程中合金元素不断排向板材中心易导致中心偏析带。这种不均匀组织和偏析严重降低板材的力学性能和成形性能，需要对板坯进行后续热机械处理，工艺复杂且组织性能难以精确控制。同时，薄带铸轧的快速冷却以及不均匀组织特征容易导致板材存在较大的内应力，引起板材开裂和内部缺陷，严重恶化TiAl合金板材的制备及其表面质量。因此，如何通过薄带铸轧技术获得TiAl合金均匀组织并控制溶质偏析已成为高质量板坯制备的关键，目前尚无相关方法进行解决。

发明内容：

针对双辊薄带铸轧TiAl合金板坯存在组织不均匀和中心偏析等问题，本发明提供一种薄带铸轧制备TiAl合金均匀组织板坯的方法，通过控制铸轧工艺参数和板坯的缓冷过程，实现具有均匀细小等轴组织、无中心偏析的高质量TiAl合金板坯。

本发明的技术方案如下：

一种薄带铸轧制备TiAl合金均匀组织板坯的方法，该方法通过真空感应炉熔炼获得TiAl合金熔液，熔体经溜槽通道流入由两个反向旋转的结晶辊和侧封板组成的熔池内，对熔炼室、溜槽通道和浇注水口进行持续气氛保护，控制熔池上表面合金熔体过热度为20～40℃，熔体与结晶辊辊面的接触弧长度100～250mm，熔体与结晶辊辊面的接触时间0.3～0.4s，使熔体经结晶辊凝固和轧制变形并导出，获得薄带铸轧TiAl合金薄板坯；板坯出轧辊后立即进行缓冷处理，保温温度为800～1050℃并缓冷至室温，最终获得具有均匀等轴晶组织的TiAl合金板坯。

所述的薄带铸轧制备TiAl合金均匀组织板坯的方法，按照以下步骤进行：

步骤1，通过真空感应炉熔炼获得TiAl合金熔液；其中，TiAl合金中组成成分的原子百分比为：44～48％Al，其余为Ti和不可避免的杂质；

步骤2，薄带铸轧TiAl合金板坯制备：