[发明专利]一种大尺寸钛合金棒材的反锥螺线辊超细晶轧制方法

说明书

本发明一种大尺寸钛合金棒材的反锥螺线辊超细晶轧制方法涉及机械加工领域，具体涉及一种大尺寸钛合金棒材的反锥螺线辊超细晶轧制方法，包括以下步骤：轧制工具设计，具体包括轧辊设计和导板设计，将轧辊设置为双曲面类圆台形螺线辊；构造变形区：将所述两个导板曲面相对放置，两个轧辊放置在所述导板之间，两个导板和两个轧辊围成的区域为变形区；构造等椭圆度变形区：变形区内椭圆度保持不变；选取轧制进料方式：倒进式轧制方式；本发明一种大尺寸钛合金棒材的反锥螺线辊超细晶轧制方法，通过设计双曲面类圆台形螺线辊和曲面形导板，构造等椭圆度变形区，可以在显著抑制心部曼内斯曼效应的前提下产生剧烈塑性变形。

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体涉及一种大尺寸钛合金棒材的反锥螺线辊超细晶轧制方法。

背景技术

超细晶/纳米晶材料及制备技术是当前材料科学领域的研究热点之一。这一方向的研究集中体现了人们通过持续细化晶粒不断提高多晶材料强韧化水平的努力。其中，尤其以剧烈塑性变形（Severe Plastic Deformation，简称SPD）技术的研究成果令人瞩目。

现在，主流的SPD工艺包括高压扭转（HPT）、等通道转角挤（ECAP）、累积叠轧（ARB）、多向锻造（MF）和扭转挤压（TE）五种方法，其中：

（1）高压扭转变形：在材料厚度上加载数个GPa的压力的同时，下模或者下冲头旋转通过主动的摩擦作用施加扭矩在材料横截面上，促使材料产生轴向压缩和切向剪切变形的塑性加工成形工艺，高压扭转的特点在于工件为盘状，尺寸较小，直径一般为10-20mm，厚度为0.2-0.5mm。Chen等人在室温条件下使用6GPa压力制得了厚度为3mm的纯钛。

（2）等径角挤压变形：试样在冲头的压力作用下通过两个相同通道的转角, 产生剪切大塑性变形, 而试样横截面的形状和面积保持不变,故经过多次反复挤压就可以将各道次的应变量累积。Luo和Xia等人通过ECAP制到了5 mm×3 mm×0.15 mm的纯钛，其晶粒尺寸小于0.8μm。

（3）累积叠轧法：板料经过表面脱脂钢刷处理以露出其新鲜的表面,然后将两块板料叠合在一起并在室温或者一定的加热温度下进行轧制使两块板料结合成为一块板料，此后将轧制复合的板料从中间切断,从而得到尺寸与原始单板料尺寸相同的两块复合板,然后将得到的两块复合板料进行新一轮的加工。王点等人通过累积叠轧技术制备了厚度为2mm的TC4合金，获得晶粒尺寸为300-600 nm的超细晶组织。

（4）扭转挤压：Beygelzime等提出该工艺。此方法也是通过剪切变形细化晶粒的成型技术，将柱状坯料挤压通过扭转模，与HPT类似，存在变形不均匀问题，细化晶粒效果低于ECAP和HPT。

（5）多向锻造：对材料不同的方向进行反复墩粗和拔长，引入大的塑性变形，以此来实现晶粒的细化以及材料性能的提高。但是，该方法存在明显的应变梯度，应变均匀性较其他SPD方法差，实际有效的剧烈变形区尺寸也远不能满足工业级的要求。因而晶粒细化效果要明显低于ECAP和HPT。陈卓等人对Ti-22Al-23合金进行了三步等温多向锻造实验，合金平均晶粒尺寸为 1.32μm，但是变形不均匀。

（6）一种大尺寸钛合金超细晶棒材的螺线圆锥辊等距轧制方法（申请号201810172814.1），采用正锥形辊对圆形坯料进行等辊距轧制，该成型过程中技术参数：送进角α为19-21度、辗轧角β为17-19度、轧辊转速n为30-55r/min、直径压下率ε为5%-13%、孔型椭圆度为1.25-1.4等，实现了大尺寸超细晶棒材的制备。但是，该方法存在变形不均匀严重且变形较小等不足，有待进一步改善。