一种包套叠轧制备TiAl合金板材的方法技术

本发明专利技术属于金属材料加工技术领域，涉及一种包套叠轧制备TiAl合金板材的方法，步骤包括：制备长方体TiAl合金坯料；包套；热轧，其中道次压下量和轧制速度控制：道次压下量和轧制速度按照如下公式执行：0.15＜Δh

【技术实现步骤摘要】
一种包套叠轧制备TiAl合金板材的方法


[0001]本专利技术属于金属材料加工
，涉及一种包套叠轧制备TiAl合金板材的方法。

技术介绍

[0002]TiAl合金是新型的轻质耐高温结构材料，目前已经作为航空发动机压气机和涡轮叶片、汽车和坦克发动机的涡轮和排气阀结构获得应用。同时，高超声速飞行器的翼舵结构，机体、机翼、尾翼等部位的热防护结构，先进航空发动机尾喷口的一些零部件对TiAl合金板材均提出了迫切需求。
[0003]由于TiAl合金热加工工艺性能非常差，热加工工艺窗口很窄，加之板材轧制过程中板坯受力压力和拉力状态复杂，应变速率高，导致TiAl合金板材轧制成形难度非常大。国内外对TiAl合金板材的研制从上世纪90年代开始，目前只有奥地利Plansee公司可以稳定供应TiAl合金板材，其采用包套热轧的方法生产TiAl合金板材，但是其技术细节保密未公开。
[0004]目前TiAl合金板材的制备的相关研究主要是采用包套热轧的方法，包套热轧的方式可以缓解坯料温降的问题，主要体现在两个方面：一是通过包套结构来减少TiAl合金在轧制过程中的温降，二是TiAl坯料不与轧辊直接接触，没有接触散热。防止或减少TiAl合金温降对TiAl合金板材轧制至关重要，一方面，维持TiAl合金坯料温度在可加工的热加工工艺窗口内，保证板材成形；另一方面，TiAl合金的组织演变与变形温度相关性很大，温度的差异直接影响到板材各部位的组织均匀性，在传统的TiAl合金板材轧制后，往往出现较大尺寸板材长度方向头部、中部、尾部存在梯度组织状态，组织均匀性难以保证。为了尽量减少轧制过程中的温降，往往要增加包套材料厚度，这样就增加了生产成本。
[0005]TiAl合金包套热轧的技术关键是温度和变形速率的控制，与其直接相关的是包套结构的设计和轧制工艺的匹配。
[0006]已见报道多项TiAl合金板材制备相关专利，但是其均采用一个包套制备一件TiAl合金板材的形式，究其原因可能有以下原因：现阶段各研究机构在TiAl合金板材研制上处于实验室研究层面，多针对包套结构的适应性、热轧工艺—板材成形、工艺—组织相关性等研究阶段，TiAl合金板材预制坯料的制备成本较高，在工艺研究阶段，多会避免浪费TiAl坯料，导致其一个包套制备一个TiAl合金板材的状况，未见TiAl合金板材包套叠轧的公开报道。
[0007]目前叠轧技术在易变形材料的功能性拓展方面有应用，钛/钢复合板主要是通过热叠轧过程使钢板和钛板实现冶金结合，从而制备出钛/钢复合板，其技术关键是轧前板之间的真空处理，与冶金复合界面的工艺控制；此外铝合金叠轧也有报道，其主要是通过不同厚度铝合金板材的叠放加温轧，形成晶粒尺寸沿厚度方向上梯度排布，获得具有梯度结构的铝合金板。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是：提供一种包套叠轧制备TiAl合金板材的方法，以降低TiAl合金板材制备成本、提高板材制备效率和质量。为TiAl合金板材在航空、航天、汽车等领域的推广应用提供技术支撑。
[0009]为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：。
[0010]一种包套叠轧制备TiAl合金板材的方法，其按照以下步骤进行：
[0011]步骤一、制备长方体TiAl合金坯料：
[0012]坯料厚度为3mm～20mm，各边倒角R2～R8mm；
[0013]步骤二、包套：根据坯料尺寸加工轧制用的包套，然后将n个表面防护处理后的TiAl合金坯料装入包套中，坯料间和坯料与包套间用隔离层分隔开，隔离层厚度≤0.2mm，保证包套结构各个内表面与TiAl合金坯料间距控制在1mm以下，再封焊包套；
[0014]步骤三、热轧：
[0015](1)包套封焊完成后，装入高温电炉中，炉温控制在1100℃～1300℃范围内，保温30min～180min；转移包套；
[0016](2)道次压下量和轧制速度控制：
[0017]道次压下量和轧制速度按照如下公式执行：0.15＜Δh
n
/h
n
‑1≤0.3(当n＝1,2时)，0.1≤Δh
n
/h
n
‑1≤0.15(当n＝3，
…
,n＝N
‑
2时)，0.05≤Δh
n
/h
n
‑1＜0.1(当n＝N
‑
1,N时)，Δh
n
＞Δh
n+1
，0.1s
‑1≤υ
n
/h
n
‑1≤2s
‑1，
[0018]其中Δh
n
为第n道次的压下量，h
n
‑1为第n道次轧制前的包套厚度，υ
n
为第n道次的轧制速度，N为总的轧制道次数；
[0019](3)道次间回炉保温，每道次回炉温度与上一道次保持一致或降低50℃以内，且最低轧制温度控制在1100℃以上，回炉保温时间以整个包套结构热透为准，一般控制在10min～60min；
[0020](4)轧制总变形量为50％～70％；
[0021](5)轧后放入800℃～1000℃热处理炉中，保温1h～5h后随炉冷却；
[0022]步骤四、蠕变矫直：蠕变矫直温度控制在950℃～1000℃，给包套施加150MPa～300MPa的载荷；
[0023]步骤五、去除包套：采用机加工方式去除包套，取出TiAl合金板材；
[0024]步骤六、TiAl合金板材表面处理：根据需要，可采用喷砂或磨削等方式对TiAl合金表面进行处理，最终获得外观质量完好的TiAl合金板材。
[0025]步骤一具体操作为：采用粉末冶金或铸锭冶金方法制备TiAl合金预制坯料，利用机械加工的方法将TiAl合金预制坯料加工成长方体TiAl合金坯料。
[0026]TiAl合金坯料表面粗糙度控制在Ra6～Ra8范围内，单位为μm。
[0027]步骤二所述的单个包套内TiAl合金坯料数量，根据坯料厚度，其数量控制在2～5为宜。
[0028]步骤二中包套材料优选304不锈钢。
[0029]步骤二中隔离层材料为金属箔材。
[0030]步骤三所述的总轧制道次N取值为5～7。
[0031]步骤三中(1)到(2)的TiAl合金包套转移时间≤120s。
[0032]步骤三中(2)轧制速度在10mm/s～80mm/s范围内，道次压下量为轧前厚度的5％～30％。
[0033]步骤四中根据轧后包套尺寸设置矫直所用设备和工艺条件，在合适尺寸的电炉中进行，或与步骤三中(5)合并进行。
[0034]本专利技术的有益效果是：本专利技术针对TiAl合金难变形材料特点，提供一种采用包套形式、多道次精确工艺控制、复合叠轧的方法，高效制备出表面无裂纹、厚度均匀、组织均匀的TiAl合金板材。从材料的成型难度、结构复杂程度、多道次热力耦合工艺控制等角度来讲，与现有已报到的叠轧技术相比具有显本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包套叠轧制备TiAl合金板材的方法，其特征在于：其按照以下步骤进行：步骤一、制备长方体TiAl合金坯料：坯料厚度为3mm～20mm，各边倒角R2～R8mm；步骤二、包套：根据坯料尺寸加工轧制用的包套，然后将n个表面防护处理后的TiAl合金坯料装入包套中，坯料间和坯料与包套间用隔离层分隔开，隔离层厚度≤0.2mm，保证包套结构各个内表面与TiAl合金坯料间距控制在1mm以下，再封焊包套；步骤三、热轧：(1)包套封焊完成后，装入高温电炉中，炉温控制在1100℃～1300℃范围内，保温30min～180min；转移包套；(2)道次压下量和轧制速度控制：道次压下量和轧制速度按照如下公式执行：0.15＜Δh
n
/h
n
‑1≤0.3(当n＝1,2时)，0.1≤Δh
n
/h
n
‑1≤0.15(当n＝3，
…
,n＝N
‑
2时)，0.05≤Δh
n
/h
n
‑1＜0.1(当n＝N
‑
1,N时)，Δh
n
＞Δh
n+1
，0.1s
‑1≤υ
n
/h
n
‑1≤2s
‑1，其中Δh
n
为第n道次的压下量，h
n
‑1为第n道次轧制前的包套厚度，υ
n
为第n道次的轧制速度，N为总的轧制道次数；(3)道次间回炉保温，每道次回炉温度与上...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏武，高帆，冯像征，李臻熙，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：