[发明专利]一种大尺寸高温合金棒材的反锥螺线辊超细晶轧制方法

说明书

本发明一种大尺寸高温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高温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；本发明一种大尺寸高温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高温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。

（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。

（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。

（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。

（6）大尺寸高温合金超细晶棒材的螺线圆锥辊等辊距轧制方法（申请号201810172370 .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13-15度、辗轧角β为15-17度、轧辊转速n为30-55r/min、直径压下率ε为3%-15%、孔型椭圆度为1.2-1.35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。

钢铁研究总院的付锐等人在专利【CN 106862447 A】提出了采用多向锻拔工艺生产高温合金超细晶棒材的工艺。此工艺采用多向镦拔的方式进行变形，但其变形区小，应变穿透性小，超细晶难以覆盖坯料的各个区域。虽然其锻态棒料所能记录的最大直径尺寸为420mm，但整体变形难以覆盖坯料各个区域，变形渗透性差，不均匀性严重，不能满足实际生产需求。

宝钢张俊宝等人在专利【CN 103008659 A】提出了一种超细晶耐高温合金盘坯料的制造方法。采用气雾化技术制备高温合金粉末，采用温喷射沉积技术在芯管的外表面上进行高温合金的成形，最后通过热处理形成超细晶组织的耐高温合金盘坯料。由于其对原材料的晶粒尺寸有一定要求，因此其细化程度有所限制，并不能完全满足工业需求。