CN101279346A - 镍基高温合金异形环锻件的辗轧成形方法 - Google Patents

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本发明公开了一种镍基高温合金异形环锻件的辗轧成形方法,为获得组织和性能优良的该合金异形环锻件和实现精确轧制,该方法包括以下步骤:合金棒料经加热镦粗变形60%~65%制成实心圆饼再冲孔使其孔径尺寸是其外径尺寸的30%~35%后制成空心圆饼;空心圆饼经加热被环轧变形20%~25%后得到矩形环坯,矩形环坯经加热再次被环轧变形20%~25%后得到矩形预轧坯;预轧坯经加热装进轧环机辗轧模具并在该模具的异形孔型内被辗轧变形40%~45%后成形为异形环锻件。辗轧时,上述预轧坯沿径向的展宽速度是2mm/s~15mm/s,受到的径向轧制力是40000kg~220000kg。该方法主要用于航空发动机或燃气轮机异形环锻件的成形,采用该方法可以获得沿零件外形呈流线分布的异形环锻件。

Description

镍基高温合金异形环锻件的辗轧成形方法技术领域本发明涉及一种环形锻件的轧制成形方法,特别是涉及了镍基高温合金异 形环锻件的辗轧成形方法。背景技术采用镍基高温合金(如GH4169等材料牌号)制造的航空发动机或地面燃 气轮机的异形环锻件,如机匣等零部件由于长期在恶劣的环境下工作,要求锻 件具有较好的性能及组织稳定性。2005年3月2日公开的中国发明专利说明书CN 1586754A公开了一种外台 阶截面环件轧制成形的方法,所述环件的纵向截面是一种非矩形的外台阶形状, 即所述环件属于异形环锻件的一种特殊形状。该方法包括下料、制坯、轧制及 后续加工,采用该方法轧制的异形环件是由轧环机的主辊(即驱动辊)和芯辊 直接形成的孔型来实现异形环件的变形成形。采用该工艺轧制不同形状的异形 环件时,需要重新更换辊型,而频繁更换辊型将会增加制造成本、延长生产周 期和不利于设备的维护保养。上述环件轧制成形方法并未公开轧制镍基高温合金异形环锻件的具体工艺 步骤,轧制镍基高温合金异形环锻件时,从合金棒料到最终轧制成异形环锻件, 合金的变形量对环锻件的组织和性能影响很大,其变形量选择不准,将会造成 环锻件晶粒粗大、轧伤、轧裂、易产生飞边等缺陷,从而影响锻件的交付和使 用。有鉴于此,木发明提供了一种镍基高温合金异形环锻件的辗轧成形方法。 发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种准确的变形量来实现镍基高温合金异 形环锻件在辗轧模具内成形的方法,采用该方法精确轧制的环件具有优良的组织和性能。为解决上述技术问题,本发明所述镍基高温合金异形环锻件的辗轧成形方 法,其技术方案包括以下步骤:把按规格下料的镍基高温合金棒料加热到100(TC〜105(TC的变形温度,经 镦粗使其变形60%〜65%得到实心圆饼;把所述实心圆饼冲孔使其孔径尺寸是其 外径尺寸的30%〜35%后得到空心圆饼;加热所述空心圆饼到上述变形温度后使其被轧环变形20%〜25%后得到矩 形环坯;把所述矩形环坯加热到上述变形温度后再次被轧环使其变形20%〜25% 后得到矩形预轧坯;加热所述预轧坯到上述变形温度,把所述预轧坯装迸轧环机辗轧模具,所 述预轧坯的纵向截面在辗轧模具的异形孔型内被轧环机辗轧并按所述孔型产生 连续局部塑性变形,所述预轧坯壁厚减小并沿径向展宽被辗轧变形40%〜45% 后成为异形环锻件。当采用上述方法辗轧成形不同形状的异形环锻件时,只需把辗轧模具的孔 型按环锻件的截面形状来调整,更换相应的模具模块便可。辗轧时,上述预轧坯沿径向的展宽速度是2mm/s〜15mm/s,受到的径向轧 制力是40000 kg〜220000kg。与现有技术相比,本发明的有益效果如下:本发明把按规格下料的镍基高温合金棒料从镦粗、冲孔、制矩形预轧坯、 到辗轧成异形环锻件的整个工艺过程,通过选用准确的变形量和使用辗轧模具 来使异形环锻件成形,获得了组织均匀和性能优良的异形环锻件。以牌号为 GH4169的镍基高温合金为例,经检测该合金异形环锻件不同部位的金相低倍组 织,未发现有粗晶、裂纹、伤痕、縮孔等缺陷;经检测该合金异形环锻件的室 温拉伸性能,其抗拉强度为1420MPa〜1430MPa (大于使用要求的1275MPa), 其伸长率为0.2%时的屈服强度为1280MPa〜1290MPa (大于使用要求的1035 MPa),断后伸长率为18%〜25%(大于使用要求的12%),断面收縮率为33%〜 36% (大于使用要求的15%);经检测该异形环锻件在65(TC的拉伸性能,其抗拉强度为li卯MPa (大于使用要求的lOOOMPa),其伸长率为0.2%时的屈服强 度为1030MPa〜1050MPa (大于使用要求的862MPa),其浙后伸长率为28%〜 29% (大于使用要求的15%);经检测该合金异形环锻件的布氏硬度为409 (大 于使用要求的363);经检测该合金异形环锻件的高温拉伸持久性能,该异形环 锻件在试验温度为650°C、试验应力为690MPa、持续时间在67.2h〜69.8h (大 于使用要求的25h)内均增载三次,均断于光滑处,断后伸长率为26%〜30%(大 于使用要求的5%)。从该合金异形环锻件的理化检测结果可知,采用上述方法 辗轧成形的该合金异形环锻件取得了预料不到的技术效果,大大满足了其使用 要求。本发明还通过在轧环机上安装辗轧模具来实现镍基高温合金异形环锻件的 辗轧成形,即在轧环机的芯辊上安装芯辊模,在其主辊上安装主辊模,芯辊模 与主辊模合模后能够形成用于辗轧异形环锻件的异形孔型,从而把异形环锻件 的成形方式由主辊、芯辊和锥辊辗轧成形改进为主要由模具辗轧成形,当辗轧 不同截面形状的异形环锻件时,只需更换辗轧模具上形成所述异形孔型的模块 即可,而不必更换轧环机的主辊、芯辊等部件,从而可以降低异形环锻件的制 造成本、縮短生产周期并有利于设备的维护保养。并且,采用本方法辗轧镍基 高温合金异形环锻件,可以获得沿零件外形呈流线分布的异形环锻件,提高了 异形环锻件的尺寸精度,从而可以实现精确轧制,减少异形环锻件的机械加工 余量和贵重高温合金材料的浪费。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。图1是矩形预轧坯的制坯工艺流程图。图2是预轧坯装进辗轧模具的结构图。图3是预轧坯辗轧成异形环锻件的工艺过程图。图4是图3所示的辗轧工艺过程的俯视方向示意图。图5是辗轧成形的异形环锻件沿其中心线的纵剖面图。图6 (a)是图5所示a部位的金相低倍组织图。 图6 (b)是图5所示b部位的金相低倍组织图。 图6 (c)是图5所示c部位的金相低倍组织图。 具体实施方式实施本发明所述的镍基高温合金异形环锻件的辗轧成形方法需要提供锻造 加热炉、压力机、轧环机、机械手等设备。下面以牌号为GH4169的变形镍基 高温合金为例来详细说明该方法的具体实施方式-该合金的主要化学元素含量(重量百分比)为:含Cr量17.0%〜21.0%、 含Ni量50.0%〜55.0%、含Mo量2.80%〜3.30%、含Ti量0.75%〜1.15%、含 Al量0.30%〜0.70%、含C量《0.08。/。、含Co量《1.0。/。、此外还含有其他微量 元素、余量为Fe。该合金从棒料到生产出合格的异形环锻件的工艺步骤如下: 步骤l:矩形预轧坯的制坯。如图i所示,把按规格下料的GH4169合金棒 料1在锻造加热炉内加热到100(TC〜105(TC的变形温度,在锻压机上镦粗使其 变形60%〜65%得到实心圆饼2,接着把实心圆饼2用冲头4冲出中心孔得到空 心圆饼3,所述空心圆饼3的内径尺寸是其外径尺寸的30%〜35%;把空心圆饼 3再加热到上述温度后装进轧环机轧环使其变形20%〜25«/。后第一次被环轧成矩 形环坯5;把矩形环坯5再加热到上述温度后装进轧环机轧环使其变形20%〜 25%后第二次被环轧成矩形预轧坯10。在上述歩骤1中,采用上述变形方式制作的矩形预轧坯10能够获得均匀的 组织,特别是两次环轧采取小变形量成形的方式,可以避免该合金在轧环时产 生晶粒粗大和裂纹等缺陷,从而有利于使终车L异形环锻件获得良好的组织和性 能。步骤2:异形环锻件的辗轧成形:先把预轧坯10在锻造加热炉内加热到1000。C〜105(rC的变形温度后装迸由 主辊模和芯辊模组成的辗轧模具,如图2所示,把该预轧坯10用机械予装在芯辊模的内型模块16上并平放在轧环机的底盘上(图中未示出),所述芯辊模由 内型模块16、芯套21、压环22通过螺母23和芯辊键24固定在芯辊12卜_;启 动轧环机使其主辊13按图2所示方向旋转,然后使芯辊12向主辊13方向平移 靠近主辊13后芯辊模与主辊模合模,所述主辊模山下端盖19、外型模块17、 上端盖18通过主辊套20和主辊键25固定在主辊13上,所述内型模块16和外 型模块〗7的外周面与所述上、下端盖18和!9围成异形孔型U,预轧坯10的 纵向截面处于该异形孔型11内;同时由轧环机驱动上、下锥辊14和15按图2 所示方向转动并准备夹持住预轧坯10的上、下端面,使轧环机的两个抱辊26 (如图4所示)扶持住预轧坯10的外环周面;主辊13驱动预轧坯10、芯辊12和两个抱辊26按图3和图4所示的方向转 动,这时转动的上、下锥辊14和15夹持住转动的预轧坯10的上、下端面与其 一起转动;芯辊12沿径向朝主辊13方向作进给运动使芯辊12和主辊13以 40000kg〜220000kg的轧制力在其异形孔型11内辗轧预轧坯10,预轧坯10以 2mm/s〜15mm/s的速度沿径向展宽,其壁厚逐渐减小,上、下锥辊14和15以 及两个抱辊26随着预轧坯10的径向展宽而外移;预轧坯10在异形孔型11内被辗轧产生连续局部塑性变形,最后预轧坯10 在异形孔型ll内变形40%〜45%后成为异形环锻件27,所有转动部件停止后移 开主辊13、锥辊14和15、两个抱辊26以及压在芯辊12顶部的轧环机悬臂, 从芯辊顶部取出异形环锻件27。在上述步骤1和歩骤2中,该合金的终锻或终轧温度不小于930°C 。 如图5所示,异形环锻件27的外环面是由其上部c的外环直面、中部b的 外环圆弧而以及下部a的外环直而通过圆弧自然过渡连接在一起的曲而,其内 环面是由其上部c的内环直面、中部b和下部c的内环直面通过圆弧自然过渡连 接在一起的曲面。按照GBnl87.2-82《高温合金横向低倍组织酸浸试验法》检测,该异形环锻 件的金相低倍组织如图6 (a)、图6 (b)和图6 (c)所示,其中图6 (a)、图6 (b)和图6(c)的试样分别是取自图5中的a、 b和c部位,在上述低倍组织图上均未发现有粗晶、裂纹、伤痕、縮孔等缺陷。按照GB/T 228《金属材料室温拉伸试验方法》检测,该合金异形环锻件的 室温抗拉强度为1420MPa〜1430MPa,其伸长率为0.2%时的屈服强度为 1280MPa〜1290MPa,断后伸长率为18%〜25%,断面收縮率为33%〜36%。按照GB4338-84《金属高温拉伸试验方法》检测该异形环锻件在65(TC的拉 伸性能,其抗拉强度为1190MPa,其伸长率为0.2%时的屈服强度为1030MPa〜 1050MPa,断后伸长率为28%〜29%。按照GB231-84《金属布氏硬度试验方法》检测,该异形环锻件的布氏硬度 为409。按照GB6395《金属高温拉伸持久试验方法》检测,该异形环锻.件在试验温 度为650。C、试验应力为690MPa、持续时间在67.2h〜69.8h内均增载三次,均 断于光滑处,断后伸长率为26%〜30%。上述理化检测结果表明,采用上述方法辗轧成形的GH4169异形环锻件具 有优良的内部组织和性能,完全满足了该合金锻件的使用要求。采用本发明提供的方法辗轧成形的异形环锻件并不限于上述实施方式,对 于不同形状的异形环锻件,只需改变辗轧模具的内型模块16和外型模块17的 外周面形状,按照上述方法便可辗轧出不同截面形状的异形环锻件。本发明所 述的辗轧成形是把环锻件的预轧坯通过辗轧模具轧制成环锻件的成形方式。

Claims (4)

1. 一种镍基高温合金异形环锻件的辗轧成形方法,其特征在于,包括以下步骤: 把按规格下料的镍基高温合金棒料加热到1000℃~1050℃的变形温度,经镦粗使其变形60%~65%得到实心圆饼;把所述实心圆饼冲孔使其孔径尺寸是其外径尺寸的30%~35%后得到空心圆饼; 加热所述空心圆饼到上述变形温度后使其被轧环变形20%~25%后得到矩形环坯;把所述矩形环坯加热到上述变形温度后再次被轧环使其变形20%~25%后得到矩形预轧坯; 加热所述预轧坯到上述变形温度,把所述预轧坯装进轧环机辗轧模具,所述预轧坯的纵向截面在辗轧模具的异形孔型内被轧环机辗轧并按所述孔型产生连续局部塑性变形,所述预轧坯壁厚减小并沿径向展宽被辗轧变形40%~45%后成为异形环锻件。
2、 按照权利要求1所述的辗轧成形方法,其特征在于:所述辗轧模具的异 形孔型是可以依环锻件的截面形状来调整的。
3、 按照权利要求1所述的辗轧成形方法,其特征在于;所述预轧坯沿径向 的展宽速度是2 mm/s〜15mm/s。
4、 按照权利要求1所述的辗轧成形方法,其特征在于:所述预轧坯受到的 径向轧制力是40000 kg〜220000kg。
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C06 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
C14 Grant of patent or utility model
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Assignee: Guiyang Daewoo Aviation Materials Engineering Co., Ltd.

Assignor: Anda Aviation Forging Co., Ltd., Guizhou

Contract record no.: 2012520000005

Denomination of invention: Method for rolling and shaping nickel-based high-temperature alloy special-shaped ring forging

Granted publication date: 20100714

License type: Exclusive License

Open date: 20081008

Record date: 20120228