CN106077088A - 一种TiAl基合金包套结构及利用其进行轧制的方法 - Google Patents

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Abstract

一种TiAl基合金包套结构及利用其进行轧制的方法，本发明涉及一种TiAl基合金包套结构及利用其进行轧制的方法。本发明是要解决现有TiAl基合金热轧技术难以保证坯料在轧制过程中的温度和变形均匀性，容易发生开裂现象，轧制成功率较低的问题。一种TiAl基合金包套结构由上包套和下包套组成；所述上包套由盖板、粉末状多晶莫来石棉、包套夹层和钼板组成；所述上包套和下包套结构相同，所述上包套和下包套对称设置。方法：一、将TiAl基合金板坯放入包套，在外表面涂高温玻璃抗氧化剂；将工件放入加热炉中；二、将工件送入轧机，表面包裹多晶石棉，轧制完成后，退火处理；重复一次轧制，随炉冷却。本发明用于轧制TiAl基合金。

Description

一种TiAl基合金包套结构及利用其进行轧制的方法
技术领域
本发明涉及一种TiAl基合金包套结构及利用其进行轧制的方法。
背景技术
TiAl基合金板材的制备是其实用化研究中最为重要的课题之一。其板材既可以直接用作结构材料，也可用于超塑性成型零件的预成形材料。TiAl基合金板材应用的一个潜在领域是高速民用运输机上的薄板或者栅格结构；另一个是未来可重复发射的运载飞行器(RLV)的蒙皮结构。RLV在返回地球的时候，其表面温度可达850℃，并且承受冲击载荷。TiAl基合金薄板的应用可使RLV的外壳重量更轻、刚性更强、更加耐用，TiAl基合金板材在航空航天等领域有着广阔的应用前景。由于TiAl基合金的本质脆性，要求热加工过程中温度和变形都必须达到较高的均匀性，否则容易开裂。为了提高TiAl基合金轧制过程中的温度和变形均匀性，本发明设计了一种新的包套结构并改进了TiAl基包套轧制工艺，以便获得表面质量良好，组织均匀的TiAl基合金板材。
发明内容
本发明是要解决现有TiAl基合金热轧技术难以保证坯料在轧制过程中的温度和变形均匀性，容易发生开裂现象，轧制成功率较低的问题，而提供一种TiAl基合金包套结构及利用其进行轧制的方法。
本发明一种TiAl基合金包套结构由上包套和下包套组成；所述上包套由盖板、粉末状多晶莫来石棉、包套夹层和钼板组成；所述包套夹层的上部设置有斜度凹槽，所述包套夹层的下部设置有直角凹槽，所述盖板通过氩弧焊连接在斜度凹槽内，所述盖板的厚度小于斜度凹槽的高度，所述盖板和斜度凹槽的底部之间填充有粉末状多晶莫来石棉；所述直角凹槽的底部设置有钼板；所述上包套和下包套结构相同，所述上包套和下包套对称设置，所述上包套设置有直角凹槽的一侧与所述下包套设置有直角凹槽的一侧通过氩弧焊连接。
利用TiAl基合金包套结构进行轧制的方法具体是按以下步骤进行：
一、将TiAl基合金板坯放入上包套和下包套之间的直角凹槽内，然后采用氩弧焊将上包套和下包套焊合，然后在TiAl基合金包套结构的外表面涂覆一层高温玻璃抗氧化剂，得到待轧制工件；待高温加热炉的温度从室温升温至初始轧制温度后，将待轧制工件放入高温加热炉中保温2h，得到保温后的工件；
二、将保温后的工件从高温加热炉中取出并在10s内转移至轧机，然后在保温后的工件表面包裹一层5～10mm厚的多晶石棉，然后进行第一道次轧制，道次变形量为10％～15％；第一道次轧制完成后，再转移至加热炉中进行退火处理，退火时间为10min～15min；退火处理后再次包裹一层5～10mm厚的多晶石棉，然后进行第二道次轧制，道次变形量为10％～15％；第二道次轧制完成后，再转移至加热炉中进行退火处理，退火时间为10min～15min；随炉冷却，得到轧制后工件；所述轧制后工件厚度方向总变形量为60～70％。
本发明的有益效果是：
本发明的TiAl基合金包套结构同时起到了两个作用，首先保证TiAl基合金坯料温度均匀性和变形均匀性，粉末状多晶莫来石棉有效减少了TiAl基合金坯料在轧制过程中的温度散失，使变形过程中坯料温度更加均匀。高纯钼板的塑性变形能力和强度都高于TiAl基合金，而高塑性的321不锈钢的强度低于TiAl基合金。如果不锈钢与合金直接接触，那么一旦合金表面出现裂纹，不锈钢会嵌入到合金中，从而加速合金裂纹的扩展，而高纯钼板则不会出现这种情况。因此，高纯钼板可提高TiAl基合金在轧制过程中的变形均匀性。轧制过程的应变速率为0.04～0.05s-1，也可提高合金的变形均匀性。由于轧制速度较慢，工件如果与轧辊直接接触，则工件的热量会迅速散失。因此，每道次轧制变形前，工件表面都要包裹一层5～10mm厚的多晶石棉，可有效减少工件的热量散失。通过本发明，可获得表面质量良好，无裂纹，组织均匀的TiAl基合金板材，其平均晶粒尺寸14μm左右。
附图说明
图1为TiAl基合金包套结构的结构示意图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式一种TiAl基合金包套结构由上包套和下包套组成；所述上包套由盖板1、粉末状多晶莫来石棉2、包套夹层3和钼板4组成；所述包套夹层3的上部设置有斜度凹槽，所述包套夹层3的下部设置有直角凹槽，所述盖板1通过氩弧焊连接在斜度凹槽内，所述盖板1的厚度小于斜度凹槽的高度，所述盖板1和斜度凹槽的底部之间填充有粉末状多晶莫来石棉2；所述直角凹槽的底部设置有钼板4；所述上包套和下包套结构相同，所述上包套和下包套对称设置，所述上包套设置有直角凹槽的一侧与所述下包套设置有直角凹槽的一侧通过氩弧焊连接。
本实施方式中所述氩弧焊的焊丝的材质为321不锈钢。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述盖板1和包套夹层3的材质为321不锈钢。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述盖板1的厚度为3.8mm；所述包套夹层3的厚度为4.7mm；所述斜度凹槽的斜度为45°。其他与具体实施方式一或二相同。
本实施方式所述盖板1的上下表面磨光并用酒精清洗。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述包套夹层3的外边沿设置有倒角，所述倒角的尺寸为4×arctan(1.75)。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述粉末状多晶莫来石棉2的厚度为2mm；所述钼板4的厚度为1.5mm。其他与具体实施方式一至四之一相同。
本实施方式所述钼板4的上下表面磨光并用酒精清洗；所述钼板4的纯度大于99.6％。
具体实施方式六：利用具体实施方式一所述TiAl基合金包套结构进行轧制的方法具体是按以下步骤进行：
一、将TiAl基合金板坯放入上包套和下包套之间的直角凹槽内，然后采用氩弧焊将上包套和下包套焊合，然后在TiAl基合金包套结构的外表面涂覆一层高温玻璃抗氧化剂，得到待轧制工件；待高温加热炉的温度从室温升温至初始轧制温度后，将待轧制工件放入高温加热炉中保温2h，得到保温后的工件；
二、将保温后的工件从高温加热炉中取出并在10s内转移至轧机，然后在保温后的工件表面包裹一层5～10mm厚的多晶石棉，然后进行第一道次轧制，道次变形量为10％～15％；第一道次轧制完成后，再转移至加热炉中进行退火处理，退火时间为10min～15min；退火处理后再次包裹一层5～10mm厚的多晶石棉，然后进行第二道次轧制，道次变形量为10％～15％；第二道次轧制完成后，再转移至加热炉中进行退火处理，退火时间为10min～15min；随炉冷却，得到轧制后工件；所述轧制后工件厚度方向总变形量为60～70％。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：步骤一中所述的初始轧制温度为1220℃～1250℃。其他与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是：步骤一中所述的初始轧制温度为1230℃。其他与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是：步骤二中所述的第一道次轧制的应变速率为0.04s-1～0.05s-1。其他与具体实施方式六至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同的是：步骤二中所述的第二道次轧制的应变速率为0.04s-1～0.05s-1。其他与具体实施方式六至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明有益效果：
实施例一：结合图1说明本实施例，本实施例利用具体实施方式一所述TiAl基合金包套结构进行轧制的方法具体是按以下步骤进行：
一、将TiAl基合金板坯放入上包套和下包套之间的直角凹槽内，然后采用氩弧焊将上包套和下包套焊合，然后在TiAl基合金包套结构的外表面涂覆一层高温玻璃抗氧化剂，得到待轧制工件；待高温加热炉的温度从室温升温至初始轧制温度后，将待轧制工件放入高温加热炉中保温2h，得到保温后的工件；
二、将保温后的工件从高温加热炉中取出并在10s内转移至轧机，然后在保温后的工件表面包裹一层5～10mm厚的多晶石棉，然后进行第一道次轧制，道次变形量为10％～15％；第一道次轧制完成后，再转移至加热炉中进行退火处理，退火时间为10min～15min；退火处理后再次包裹一层5～10mm厚的多晶石棉，然后进行第二道次轧制，道次变形量为10％～15％；第二道次轧制完成后，再转移至加热炉中进行退火处理，退火时间为10min～15min；随炉冷却，得到轧制后工件；所述轧制后工件厚度方向总变形量为60～70％。
通过本实施例，可获得表面质量良好，无裂纹，组织均匀的TiAl基合金板材，其平均晶粒尺寸14μm左右。

Claims (10)

1.一种TiAl基合金包套结构，其特征在于TiAl基合金包套结构由上包套和下包套组成；所述上包套由盖板(1)、粉末状多晶莫来石棉(2)、包套夹层(3)和钼板(4)组成；所述包套夹层(3)的上部设置有斜度凹槽，所述包套夹层(3)的下部设置有直角凹槽，所述盖板(1)通过氩弧焊连接在斜度凹槽内，所述盖板(1)的厚度小于斜度凹槽的高度，所述盖板(1)和斜度凹槽的底部之间填充有粉末状多晶莫来石棉(2)；所述直角凹槽的底部设置有钼板(4)；所述上包套和下包套结构相同，所述上包套和下包套对称设置，所述上包套设置有直角凹槽的一侧与所述下包套设置有直角凹槽的一侧通过氩弧焊连接。
2.根据权利要求1所述的一种TiAl基合金包套结构，其特征在于所述盖板(1)和包套夹层(3)的材质为321不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种TiAl基合金包套结构，其特征在于所述盖板(1)的厚度为3.8mm；所述包套夹层(3)的厚度为4.7mm；所述斜度凹槽的斜度为45°。
4.根据权利要求1所述的一种TiAl基合金包套结构，其特征在于所述包套夹层(3)的外边沿设置有倒角，所述倒角的尺寸为4×arctan(1.75)。
5.根据权利要求1所述的一种TiAl基合金包套结构，其特征在于所述粉末状多晶莫来石棉(2)的厚度为2mm；所述钼板(4)的厚度为1.5mm。
6.利用权利要求1所述TiAl基合金包套结构进行轧制的方法，其特征在于进行轧制的方法具体是按以下步骤进行：
一、将TiAl基合金板坯放入上包套和下包套之间的直角凹槽内，然后采用氩弧焊将上包套和下包套焊合，然后在TiAl基合金包套结构的外表面涂覆一层高温玻璃抗氧化剂，得到待轧制工件；待高温加热炉的温度从室温升温至初始轧制温度后，将待轧制工件放入高温加热炉中保温2h，得到保温后的工件；
二、将保温后的工件从高温加热炉中取出并在10s内转移至轧机，然后在保温后的工件表面包裹一层5～10mm厚的多晶石棉，然后进行第一道次轧制，道次变形量为10％～15％；第一道次轧制完成后，再转移至加热炉中进行退火处理，退火时间为10min～15min；退火处理后再次包裹一层5～10mm厚的多晶石棉，然后进行第二道次轧制，道次变形量为10％～15％；第二道次轧制完成后，再转移至加热炉中进行退火处理，退火时间为10min～15min；随炉冷却，得到轧制后工件；所述轧制后工件厚度方向总变形量为60～70％。
7.根据权利要求6所述的利用TiAl基合金包套结构进行轧制的方法，其特征在于步骤一中所述的初始轧制温度为1220℃～1250℃。
8.根据权利要求6所述的利用TiAl基合金包套结构进行轧制的方法，其特征在于步骤一中所述的初始轧制温度为1230℃。
9.根据权利要求6所述的利用TiAl基合金包套结构进行轧制的方法，其特征在于步骤二中所述的第一道次轧制的应变速率为0.04s-1～0.05s-1。
10.根据权利要求6所述的利用TiAl基合金包套结构进行轧制的方法，其特征在于步骤二中所述的第二道次轧制的应变速率为0.04s-1～0.05s-1。
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