TiAl合金改進(jìn)包套及應(yīng)用其進(jìn)行大變形量軋板的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于TiAl合金軋制加工領(lǐng)域，具體涉及一種改進(jìn)的軋制用包套及應(yīng)用其軋制TiAl合金的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]TiAl合金熱加工的條件比較苛刻，這是因?yàn)門iAl合金的本質(zhì)脆性，在高溫變形過程中一旦力學(xué)狀態(tài)惡化，比如存在拉應(yīng)力狀態(tài)，TiAl合金極易產(chǎn)生裂紋，從而斷裂。TiAl合金能夠順利進(jìn)行高溫變形的溫度區(qū)間非常狹窄，TiAl合金的熱加工都是在等溫條件下進(jìn)行，而等溫條件下熱加工的成本很高，難以大規(guī)模生產(chǎn)。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(jī)下進(jìn)行約束條件下的準(zhǔn)等溫軋制的方法，此方法的優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)度配合度高的情況下，能使TiAl合金獲得良好的力學(xué)狀態(tài)，如壓應(yīng)力狀態(tài)；由于利用普通軋機(jī)而不是等溫軋機(jī)，成本大幅下降，可以形成規(guī)模化生產(chǎn)。基于保溫考慮，現(xiàn)有包套采取完全等厚和大厚度設(shè)計(jì)，即在長度、寬度和高度等三個(gè)方向上的包套厚度相同，而包套厚度是板還的3?4倍。但現(xiàn)有包套有兩個(gè)缺點(diǎn)，一是在三個(gè)方向上的完全等厚度設(shè)計(jì)沒有考慮到工件在高溫軋板過程中實(shí)際的溫度場分布特點(diǎn)，浪費(fèi)包套材料；二是大厚度設(shè)計(jì)使得包套材料和板坯材料在高溫軋板過程中的強(qiáng)度配合不好，從而板坯材料處于不利的應(yīng)力狀態(tài)，易于破裂。
[0003]基于TiAl合金硬脆而難變形的特點(diǎn)，現(xiàn)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(diǎn)在于小變形量并不能使變形非常容易進(jìn)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(yīng)力狀態(tài)趨于惡化，對(duì)于難變形的TiAl合金而言，增大了板坯破裂的幾率，同時(shí)增加了軋板成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有大厚度包套浪費(fèi)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(jìn)包套及應(yīng)用其進(jìn)行大變形量軋板的方法。
[0005]本發(fā)明由長邊圍板、寬邊圍板、上蓋板、下蓋板、保溫層和導(dǎo)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(nèi)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(dǎo)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合金板還的厚度比為0.8?1.2: 1
[0006]本發(fā)明TiAl合金改進(jìn)包套根據(jù)高溫軋板時(shí)工件的溫度場變化和分布特點(diǎn)設(shè)計(jì)合理的包套結(jié)構(gòu)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(qiáng)度配合良好，并節(jié)約包套材料。
[0007]本發(fā)明應(yīng)用TiAl合金改進(jìn)包套進(jìn)行大變形量軋板的方法按以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0008]一、將TiAl合金板坯裝入TiAl合金改進(jìn)包套中制成加工工件，然后將加工工件送進(jìn)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；
[0009]二、將保溫的加工工件出爐轉(zhuǎn)運(yùn)至軋板機(jī)進(jìn)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(zhuǎn)運(yùn)至軋板機(jī)進(jìn)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(zhuǎn)運(yùn)至軋板機(jī)對(duì)加工工件進(jìn)行校平，得到校平后的加工工件；
[0010]三、將校平后的加工工件送進(jìn)600°C的緩冷爐進(jìn)行緩冷處理，當(dāng)加工工件的溫度達(dá)到600°C后出爐，完成TiAl合金的軋板。
[0011]本發(fā)明根據(jù)實(shí)驗(yàn)研宄和對(duì)TiAl合金高溫變形規(guī)律的分析，發(fā)現(xiàn)小變形量并不容易使TiAl合金在高溫下變形，滑移系開動(dòng)困難，同時(shí)小變形量在軋板過程中會(huì)使TiAl合金表面存在有害的拉應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致TiAl合金加工面產(chǎn)生微裂紋。而本發(fā)明采用大變形量不但在軋板過程中對(duì)TiAl合金產(chǎn)生壓應(yīng)力，同時(shí)為滑移系開動(dòng)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(jìn)行。大變形量也減少了道次數(shù)，TiAl合金應(yīng)力狀態(tài)惡化的幾率降低，乳板的成本由于加工時(shí)間和工序的減少而顯著降低。
[0012]綜上，本發(fā)明TiAl合金改進(jìn)包套及應(yīng)用其進(jìn)行大變形量軋板的方法包含以下有益效果:
[0013]1、現(xiàn)有包套直接利用包套材料本身對(duì)板坯側(cè)面進(jìn)行保溫，因?yàn)榘撞牧系膶?dǎo)熱系數(shù)高，所以保溫效果不好，而為了提高保溫效果，不得不加大包套厚度，增加了包套材料的用量。本發(fā)明利用耐高溫的保溫層對(duì)板坯側(cè)面進(jìn)行保溫，保溫效果好，價(jià)格也比包套材料低廉。采用導(dǎo)熱系數(shù)高的導(dǎo)熱墊片覆蓋板坯加工面，有利于板坯加熱升溫和溫度均勻。
[0014]2、現(xiàn)有包套沒有考慮工件不同部位降溫速率不同的現(xiàn)象，也就沒有區(qū)別對(duì)待降溫快的部位和降溫相對(duì)慢的部位，將包套設(shè)計(jì)成等厚形式，顯然浪費(fèi)了包套材料。本發(fā)明在板坯的長度和寬度方向加大保溫層厚度，減薄板坯加工面法線方向的包套厚度，完全能夠確保板坯各部位在軋板過程中始終處于加工溫度區(qū)，不會(huì)出現(xiàn)板坯側(cè)面處于低溫區(qū)而板坯加工面處于加工溫度區(qū)的現(xiàn)象。
[0015]3、雖然現(xiàn)有包套的大厚度設(shè)計(jì)能使板坯各部位易于處在加工溫度區(qū)，但是也容易造成板坯被大量同溫度的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于板坯材料的包套材料包裹，使得包套材料和板坯材料強(qiáng)度配合不合理，板坯材料處于不利的應(yīng)力狀態(tài)下，容易導(dǎo)致板坯破裂。本發(fā)明則通過減薄板坯上下方包套的厚度，保證包套材料處于低溫區(qū)而板坯材料處于高溫區(qū)，包套材料和板坯材料強(qiáng)度相近，使板坯在良好的應(yīng)力狀態(tài)下加工。
[0016]4、雖然為了防止TiAl合金因高溫變形過大產(chǎn)生斷裂而采取小變形量累加的方式軋板，但是在小變形量下，合金反而不容易變形，而且小變形量軋制板材將使板坯表面處于拉應(yīng)力狀態(tài)，容易在板坯表面形成裂紋，導(dǎo)致板坯開裂。為了達(dá)到一定的總變形量，采用每道次小變形量軋板，必然要增加道次數(shù)，在多道次軋板過程中，會(huì)出現(xiàn)很多不確定的不利軋板的因素，如包套厚度減薄等，這使包套材料和板坯材料的強(qiáng)度配合不易達(dá)到合理的程度，板坯應(yīng)力狀態(tài)趨于惡化，不利于后幾道次的軋制。而本發(fā)明大變形量軋制使處于包套中心的板坯材料的大部分處于壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于板坯材料變形。在要求相同的總變形量情況下，大變形量軋板需要的道次數(shù)要少于小變形量軋板，不但可以在板坯的應(yīng)力狀態(tài)惡化前完成軋制，而且可以縮短軋板的總時(shí)間，節(jié)約軋板成本。經(jīng)研宄，大變形量軋板進(jìn)行TiAl合金軋板能夠提高合金能承受的應(yīng)變速率，使在快速軋機(jī)上進(jìn)行TiAl合金軋板成為可能。
【附圖說明】
[0017]圖1為TiAl合金改進(jìn)包套的俯視圖；
[0018]圖2為圖1中II處的放大圖；
[0019]圖3為TiAl合金改進(jìn)包套A-A截面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為圖3中I處的放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式TiAl合金改進(jìn)包套由長邊圍板6、寬邊圍板1、上蓋板2、下蓋板7、保溫層5和導(dǎo)熱墊片4組成，長邊圍板6和寬邊圍板I圍成矩形邊框，在矩形邊框的上、下表面焊接有上蓋板2和下蓋板7形成包套腔，置于包套腔內(nèi)的TiAl合金板坯3與寬邊圍板I之間填充有保溫層5，TiAl合金板坯3與上蓋板2、下蓋板7之間夾有導(dǎo)熱墊片4，長邊圍板6和寬邊圍板I的厚度相同，上蓋板2或下蓋板7的厚度與TiAl合金板坯3的厚度比為0.8?1.2:1。
[0022]本實(shí)施方式通過傳熱計(jì)算得到上、下蓋板的厚度，以使包套材料和TiAl合金的強(qiáng)度相配合，而長邊圍板厚度起支撐作用。在矩形邊框的上、下表面焊接有上蓋板和下蓋板，在焊接處開有焊接坡口。
[0023]本實(shí)施方式改進(jìn)的包套根據(jù)高溫軋板時(shí)工件的溫度場變化和分布特點(diǎn)設(shè)計(jì)合理的包套結(jié)構(gòu)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獲得良好的強(qiáng)度配合，并節(jié)約包套材料。
[0024]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是長邊圍板6、寬邊圍板
1、上蓋板2和下蓋板7的材質(zhì)均為304不銹鋼。
[0025]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是保溫層5的材質(zhì)為含鋯硅酸鋁纖維氈。
[0026]待加工工件形狀是長方體。在高溫軋板時(shí)，工件兩平面相交處散熱速率遠(yuǎn)大于工件平面法線方向的散熱速率。因此，在工件的垂直截面，溫度場的分布特點(diǎn)為由里到外溫度逐漸降低，等溫線為橢圓形。當(dāng)?shù)陀谲埌鍦囟鹊牡蜏貐^(qū)接近板坯側(cè)面時(shí)，板坯加工面和接近加工面的一部分包套材料仍然處于軋板溫度區(qū)。因此，利用保溫效果好的耐高溫含鋯硅酸鋁纖維對(duì)板坯的側(cè)面加強(qiáng)保溫，以符合溫度場變化和分布特