[发明专利]一种粉末冶金TiAl基合金板材的近等温轧制方法

说明书

技术领域

本发明合金板材的轧制方法，特别提供一种粉末冶金TiAl基合金板材的近等温轧制方法。

背景技术

TiAl基合金作为一种轻质高温结构材料，因其低密度、高比强度和比弹性模量，以及具有较好的抗氧化性和持久性能，在航空、航天和汽车等领域具有广阔的应用前景。例如作为结构材料可应用于可返回式航天器(RLV)的回转体、导弹壳体尾翼和弹体蒙皮等重要部件。随着TiAl基合金实用化进程的发展，对TiAl基合金板材的需求越来越迫切，TiAl基合金板材制备是拓展TiAl基合金应用领域的一个重要研究方向，同时航天航空领域对TiAl基合金板材需求迫切。

目前制备TiAl基合金板坯有三种典型的制备工艺：铸造(Casting)，铸锭冶金 (Ingot Metallurgy，IM)和粉末冶金(Powder Metallurgy，PM)。铸态TiAl基合金存在显微组织粗大、成分偏析和热加工性较差等缺陷，导致其室温塑性和热加工性差，而且需要多道的后续热机械加工工序来改善其显微组织。预合金粉末冶金(Pro-alloyed PM)工艺可解决板材的组织不均匀性等技术难题，获得显微组织细小均匀、无宏观偏析和热加工性能得到改善原始轧制坯料，但是出于成本的考虑，以往多采用铸造冶金方法。近些年来随着粉末冶金技术的提高和制粉成本的降低, 通过预合金粉末冶金的方法制备TiAl合金板坯获得了越来越多的关注。而且采用近净成型技术可以直接获得达到尺寸要求的原始坯料，从而达到节约成本、提高加工效率的目的。

从上个世纪90年代开始，针对TiAl基合金板材的轧制，国内外的研究人员开展了一系列的工作，Semiatin及其合作者提出一种包套轧制工艺，进行了实验室阶段的生产。上个世纪90年代，奥地利攀石公司(Plansee AG)开展了TiAl基合金板材的成型工艺研究，成功轧制出标准尺寸为1000mm×500mm×1mm 的板材。美国在HSR材料研究计划支持下采用粉末冶金工艺成功研制出尺寸为700mm×400mm×1mm第二代TiAl基合金薄板。日本和俄罗斯等国亦开展了TiAl基合金板材的研制工作。

国内北京科技大学、中南大学、哈尔滨工业大大学、北京钢铁研究总院等单位先后开展了这项研究工作，哈尔滨工业大学轧制的TiAl基合金板材板材的尺寸约为150mm×100mm×(1.5-3)mm，北京科技大学轧制出厚度为2.6mm的高铌TiAl基合金板材。但国内各个研究单位所轧制的TiAl基板材尺寸较小，与国外存在明显差距。因此，开展大尺寸TiAl基合金粉末冶金板材的制备是十分必要的。

在TiAl基合金轧制过程中，除严格轧制的应变速率和每道次变形量外，轧制温度也是需要严格控制的主要参数。轧制温度必须控制在一个较窄的范围内(其温度范围为150℃)，否则会出现晶间断裂、宏观开裂等失稳现象导致板材轧制的失败。因此实现TiAl基合金近等温轧制过程是TiAl基合金板材轧制的关键技术。

为了减少轧制过程中合金板坯的温降，实现TiAl基合金近等温轧制，各国都启动了相应的研究开发计划。如日本采用轧辊加热的方法来减小轧制板坯与轧辊相接触所导致的温降，而出于规模和成本的考虑，欧洲和美国更趋向于传统的包套包覆轧制工艺。然而对于大尺寸的TiAl基合金板材的轧制，即使在采用轧辊加热和包套包覆轧制工艺的情况下，在坯料传输过程中仍会有大量的热量通过辐射和对流而损失掉。热量的散失会造成板坯温度的下降，从而在板坯中沿轧制方向形成了明显的温度梯度。板坯区域温度场分布不均匀会引起组织不均匀、性能分散以及引起板坯开裂等失稳现象。因此，在TiAl基合金的包套包覆轧制过程中，必须采取主动式的防降温措施，严格的控制坯料轧制温度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粉末冶金TiAl基合金板材的近等温轧制方法，其特征在于：采用主动式保温热轧机对TiAl基合金进行轧制，该方法采用主动式保温措施，能够严格的控制坯料轧制温度，以达到近等温轧制的目的。在轧机的送料导轨上放置主动式保温装置，减少在传输过程中，板坯通过辐射和对流而损失的热量，达到近等温轧制的目的。

本发明具体提供了一种粉末冶金TiAl基合金板材的近等温轧制方法，其特征在于：采用主动式保温热轧机对TiAl基合金进行轧制，所述主动式保温热轧机的传输轨道上安装有主动式保温罩，起着主动式保温罩是倒置的凹槽形状，由四部分组成：内层为热能反射层，中间层为耐高温绝热保温层，外层为耐高温、防氧化保护层，在中间层和外层以及中间层和内层之间有凹槽形状框架；