CN102689156B - Gh4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法 - Google Patents

Abstract

一种GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，包括如下步骤：1）熔炼；2）液态模锻：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度1350-1400℃，加压速度35-40mm/s，充型时间1-6s，比压350-400MPa，并在该压力下保压35-90s，得到近终截面环坯；3）均匀化：近终截面环坯冷却至1150-1160℃时，保温20-30h，再升温至1180-1190℃，保温110-130h；4）余热等温轧制：均匀化后的近终截面环坯降温至1020-1120℃时，在径轴复合轧环机上进行余热等温轧制；5）热处理：环坯在715-725℃下保温8h；随后以50℃/h随炉冷至615-625℃后，保温8h，空冷；6）精整。

Description

GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法

技术领域

本发明涉及一种具有复杂截面的大直径金属环件的短流程加工成形方法，具体的涉及一种GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法。

背景技术

采用GH4169高温合金制造的航空发动机或燃气轮机的异形大环件，如机闸等零部件，工作环境恶劣。特殊的使用环境对环件的尺寸精度和综合力学性能提出了近乎苛刻的要求：一方面要求零件具有高精度的外形尺寸，避免后续机加成形，浪费大量人力物力的同时严重降低环件使用性能；另一方面要求零件具有优异的组织状态以达到综合力学性能的要求。

目前，复杂截面环件的制备通常采用余热等温轧制（也称作热辗扩）与机械切削加工联合完成。该工艺基于成形锭坯轧制出矩形截面的环坯，再通过机械切削将矩形截面加工成所需要的复杂截面。主要加工工艺流程为：冶炼→开坯→下料→镦粗→冲孔→余热等温轧制→热处理→机械加工。该工艺存在以下几个方面的问题：

1）流程冗长，工序繁多，生产效率低；

2）辗扩环坯需冲孔制备，且最终截面形状需通过切削多余敷料保证，材料利用率低；

3）机械加工过程切断金属流线，导致环件综合力学性能下降；

4）制备过程需反复加热，导致晶粒粗大，表面氧化严重，能源损耗大。

公开号为CN 101817134A的中国专利公开了一种金属环件短流程铸辗复合成形的方法，该金属环件短流程铸辗复合成形的方法虽然在一定程度上满足生产流程短，节省能源、材料和人力的有益效果，但是该方法采用离心铸造环坯，无法满足复杂截面环件的加工要求，且生产得到的金属环件的综合力学性能还达不到极端环境的使用要求。

鉴于此，本发明旨在探索一种GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，该方法不仅能够简化镍基高温合金环件的制坯工艺流程、降低成本和提高生产效率，而且还能够有效改善合金环件的微观组织状态，提高综合力学性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，该复合成形方法不仅能够简化合金环件的制坯工艺流程、降低成本和提高生产效率，而且还能够有效改善镍基高温合金环件的微观组织状态，提高综合力学性能。

要实现上述技术目的，本发明的GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，包括如下步骤：

1）熔炼：采用真空感应+电渣重熔+真空自耗重熔的三联冶炼工艺；

2）液态模锻：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将第1）步骤中得到的合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为1350-1400 ℃，加压速度为35-40 mm/s，充型时间1-6 s，比压350-400 MPa，并在该压力下保压35-90 s，得到近终截面环坯；

3）均匀化：当近终截面环坯冷却至1150-1160 ℃时，保温20-30 h后，再升温至1180-1190 ℃，保温110-130 h；

4）余热等温轧制：均匀化后的近终截面环坯降温至1020-1120℃时，在径轴复合轧环机上进行余热等温轧制；

5）热处理；采用直接时效热处理：经第4）步骤得到的环坯在715-725 ℃下保温8 h；随后以50 ℃/h随炉冷至615-625 ℃后，保温8 h，空冷；

6）精整。

进一步，所述第1）步骤中，真空自耗重熔过程采用水与氦气双重冷却；

进一步，所述第2）步骤中，液态模锻模具采用高温合金制备，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至100-150 ℃时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层钇氧化物基耐火涂层，涂层厚度10-20 μm，继续预热液态模锻模具至300-350 ℃；

进一步，所述第4）步骤中，所述余热等温轧制依次包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、减速辗扩阶段和成圆整形阶段，所述快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度V_轴向与径向进给速度V_径向满足V_轴向=0.5-0.6V_径向，所述减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当近终截面环坯的外径与成品环相差小于等于50 mm 时，轴向轧辊抬起；

进一步，轧制模具与坯料温差为±10℃；

进一步，径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值；

进一步，所述第6）步骤中，精整为冷精整；

进一步，余热等温轧制过程中，径轴复合轧环机的主辊转速为0.5-0.8 rad/s，芯辊进给速度为1-30 mm/s。

进一步，所述液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，并根据余热等温轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，且液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比：液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸。

进一步，所述余热等温轧制的辗扩比≥1.4，控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度≤3°，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径≥330mm。本发明的有益效果为：

本发明的GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法采用三联熔炼→液态模锻→两阶段均匀化处理→余热等温轧制→直接时效热处理→精整的工艺流程，该方法首先熔炼高温合金溶液，随后采用液态模锻工艺得到近终截面环坯，在两阶段均匀化处理后，利用余热等温轧制直接等温辗扩成形，与传统工艺相比，具有以下优点：

1）短流程，有效提高生产效率；

2）无冲孔工序，环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终截面环坯成形；

3）液态模锻得到的近终截面环坯的组织状态显著优于普通铸造环坯，辅以后续的余热等温轧制成形可充分保证环坯材料的锻态特性，获得细密且均匀化的组织；

4）余热等温轧制后的直接时效热处理工艺在保证产品组织状态及综合力学性能的前提下，较传统固溶处理工艺显著提高了生产效率，进一步缩短制备时间；

5）精整工序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；

6）坯料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。

因此，本发明的GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法能够有效简化制坯工艺，缩短工艺流程，降低成本，提高生产率和经济效益，具有巨大的发展潜力和广阔的推广应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式作详细说明。

第一实施例

本实施例的GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，包括如下步骤：

1）熔炼：采用真空感应+电渣重熔+真空自耗重熔的三联冶炼工艺，具体的，真空自耗重熔过程采用水与氦气双重冷却，可有效减轻Nb金属的偏析；

2）液态模锻：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将第1）步骤中得到的合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为1400 ℃，加压速度为40 mm/s，充型时间5 s，比压350 MPa，并在该压力下保压90 s，得到近终截面环坯，比压是指液态金属在压力下冷却承受的单位压力；

3）均匀化：当近终截面环坯冷却至1150℃时，保温20h后，再升温至1180℃，保温110h，特别的，第一阶段的均匀化过程中需严格控制保温温度，并不得高于1160 ℃，否则会造成Laves相的初熔，无法消除偏析；

4）余热等温轧制：采用均匀化后的余热降温到轧制温度直接实施余热等温轧制过程，而不需要二次加热，均匀化后的近终截面环坯降温至1020 ℃时，在径轴复合轧环机上进行等温轧制，并控制轧制模具与坯料温差为-10℃，余热等温轧制依次包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、减速辗扩阶段和成圆整形阶段，且快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度V_轴向与径向进给速度V_径向满足V_轴向=0.6V_径向，减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当环坯的外径与成品环外径相差等于50 mm 时，轴向轧辊抬起；优选的，余热等温轧制过程中，径轴复合轧环机的主辊转速为0.5rad/s，芯辊进给速度为25mm/s； 

5）热处理；采用直接时效热处理：经第4）步骤得到的环坯在715℃下保温8 h；随后以50 ℃/h随炉冷至615℃后，保温8 h，空冷；

6）精整，本实施例的精整采用冷精整工艺。

采用液态模锻制成近终截面环坯，使GH4169高温合金在压力下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下工艺特点：

1）液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；

2）液态金属在压力下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；

3）液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应力状态，有利于铸件的补缩和防止铸造裂纹的产生；

4）液态模锻工艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有工艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。

进一步，所述第2）步骤中，液态模锻模具采用高温合金制备，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至150 ℃时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层钇氧化物基耐火涂层，涂层厚度10-20 μm，继续预热液态模锻模具至300℃。通过在液态模锻模具上喷涂耐火涂层，可方便方便液态模锻模具脱模。

进一步，所述第4）步骤中，径轴复合轧环机的轧辊异形孔型依据环件产品截面设计，并与液态模锻模具型腔截面匹配，并保证足够的变形程度及两者匹配。径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。

进一步，本实施例的GH4169镍基高温合金，其组分的重量比为：0.06% C，21.0% Cr，55.0% Ni， 3.30% Mo，0.70% Al，1.15Ti，5.50% Nb，0.006 % B，1.0 % Co，0.005 % Mg，0.35 % Mn，0.35 % Si，0.015 % P，0.015 % S，0.30 % Cu，0.005 % Ca，0.00003 % Bi，0.005 % Sn，0.0005 % Pb，0.0005 % Ag，0.0003 % Se，0.00005 % Te，0.01 % N，0.005 % O，其余为Fe。

进一步，液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，并根据余热等温轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，有效避免毛坯截面形状复杂导致轧制初期环坯与轧辊之间的点/线接触，导致打滑或咬合不良的问题。液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比：液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸，具体尺寸根据辗扩比确定。

进一步，余热等温轧制的辗扩比≥1.4，本实施例的辗扩比=1.4，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度≤3°本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为1°，保证最终环坯几何精度和重量精度，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径≥330mm。

本实施例的GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法采用三联熔炼→液态模锻→两阶段均匀化处理→余热等温轧制→直接时效热处理→精整的工艺流程，该方法首先熔炼高温合金溶液，随后采用液态模锻工艺得到近终截面环坯，在两阶段均匀化处理后，利用余热等温轧制直接等温辗扩成形，与传统工艺相比，具有以下优点：

1）短流程，有效提高生产效率；

2）无冲孔工序，环件的复杂截面依靠液态模锻模具与轧辊孔型共同保证，显著提高材料利用率，实现近终截面环坯成形；

3）液态模锻得到的近终截面环坯的组织状态显著优于普通铸造环坯，辅以后续的余热等温轧制成形可充分保证环坯材料的锻态特性，获得细密且均匀化的组织；

4）余热等温轧制后的直接时效热处理工艺在保证产品组织状态及综合力学性能的前提下，较传统固溶处理工艺显著提高了生产效率，进一步缩短制备时间；

5）精整工序有效保证环件截面尺寸和表面精度，避免机加工造成环件流线切断的问题，显著提高综合力学性能；

6）坯料无须反复加热，节能减排，实现绿色制造。

因此，本实施例的GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法能够有效简化制坯工艺，缩短工艺流程，降低成本，提高生产率和经济效益，具有巨大的发展潜力和广阔的推广应用前景。

第二实施例

本实施例的GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，包括如下步骤：

1）熔炼：采用真空感应+电渣重熔+真空自耗重熔的三联冶炼工艺，具体的，真空自耗重熔过程采用水与氦气双重冷却，可有效减轻Nb金属的偏析；

2）液态模锻：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将第1）步骤中得到的合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为1350 ℃，加压速度为35mm/s，充型时间1 s，比压400MPa，并在该压力下保压35 s，得到近终截面环坯，比压是指液态金属在压力下冷却承受的单位压力；

3）均匀化：当近终截面环坯冷却至1160℃时，保温30h，再升温至1190℃，保温130h；特别的，第一阶段均匀化过程中需严格控制保温温度，并不得高于1160 ℃，否则会造成Laves相的初熔，无法消除偏析；

4）余热等温轧制：采用均匀化后的余热降温到轧制温度直接实施余热等温轧制过程，而不需要二次加热，均匀化后的近终截面环坯降温至1120 ℃时，在径轴复合轧环机上进行等温轧制，并控制轧制模具与坯料温差为10℃，余热等温轧制依次包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、减速辗扩阶段和成圆整形阶段，且快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度V_轴向与径向进给速度V_径向满足V_轴向=0.5V_径向，减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当环坯的外径与成品环外径相差等于30mm 时，轴向轧辊抬起；优选的，余热等温轧制过程中，径轴复合轧环机的主辊转速为0.8rad/s，芯辊进给速度为30mm/s； 

5）热处理；采用直接时效热处理：经第4）步骤得到的环坯在725℃下保温8 h；随后以50 ℃/h随炉冷至625℃后，保温8 h，空冷；

6）精整，本实施例的精整采用冷精整工艺。

采用液态模锻制成近终截面环坯，使GH4169高温合金在压力下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下工艺特点：

1）液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；

2）液态金属在压力下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；

3）液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应力状态，有利于铸件的补缩和防止铸造裂纹的产生；

4）液态模锻工艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有工艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。

进一步，所述第2）步骤中，液态模锻模具采用高温合金制备，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至100℃时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层钇氧化物基耐火涂层，涂层厚度10-20 μm，继续预热液态模锻模具至350℃。通过在液态模锻模具上喷涂耐火涂层，可方便方便液态模锻模具脱模。

进一步，所述第4）步骤中，径轴复合轧环机的轧辊异形孔型依据环件产品截面设计，并与液态模锻模具型腔截面匹配，并保证足够的变形程度及两者匹配。径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。

进一步，液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，并根据余热等温轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，有效避免毛坯截面形状复杂导致轧制初期环坯与轧辊之间的点/线接触，导致打滑或咬合不良的问题。液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比：液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸。

进一步，余热等温轧制的辗扩比≥1.4，本实施例的辗扩比=3，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度≤3°本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为2°，保证最终环坯几何精度和重量精度，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径≥330mm。

第三实施例

本实施例的GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，包括如下步骤：

1）熔炼：采用真空感应+电渣重熔+真空自耗重熔的三联冶炼工艺，具体的，真空自耗重熔过程采用水与氦气双重冷却，可有效减轻Nb金属的偏析；

2）液态模锻：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将第1）步骤中得到的合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为1380 ℃，加压速度为38mm/s，充型时间6 s，比压370MPa，并在该压力下保压50s，得到近终截面环坯，比压是指液态金属在压力下冷却承受的单位压力；

3）均匀化：当近终截面环坯冷却至1155℃时，保温25h，再升温至1185℃，保温120h；特别的，第一阶段均匀化过程中需严格控制保温温度，并不得高于1160 ℃，否则会造成Laves相的初熔，无法消除偏析；

4）余热等温轧制：采用余热等温轧制：均匀化后的近终截面环坯降温至1070 ℃时，在径轴复合轧环机上进行等温轧制，并控制轧制模具与坯料温差为0℃，余热等温轧制依次包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、减速辗扩阶段和成圆整形阶段，且快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度V_轴向与径向进给速度V_径向满足V_轴向=0.55V_径向，减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当环坯的外径与成品环外径相差等于20mm 时，轴向轧辊抬起；优选的，余热等温轧制过程中，径轴复合轧环机的主辊转速为0.7rad/s，芯辊进给速度为1mm/s； 

5）热处理；采用直接时效热处理：经第4）步骤得到的环坯在720℃下保温8 h；随后以50 ℃/h随炉冷至620℃后，保温8 h，空冷；

6）精整，本实施例的精整采用冷精整工艺。

采用液态模锻制成近终截面环坯，使GH4169高温合金在压力下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下工艺特点：

1）液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；

2）液态金属在压力下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；

3）液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应力状态，有利于铸件的补缩和防止铸造裂纹的产生；

4）液态模锻工艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有工艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。

进一步，所述第2）步骤中，液态模锻模具采用高温合金制备，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至120℃时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层钇氧化物基耐火涂层，涂层厚度10-20 μm，继续预热液态模锻模具至330℃。通过在液态模锻模具上喷涂耐火涂层，可方便方便液态模锻模具脱模。

进一步，所述第4）步骤中，径轴复合轧环机的轧辊异形孔型依据环件产品截面设计，并与液态模锻模具型腔截面匹配，并保证足够的变形程度及两者匹配。径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。

进一步，液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，并根据余热等温轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，有效避免毛坯截面形状复杂导致轧制初期环坯与轧辊之间的点/线接触，导致打滑或咬合不良的问题。液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比：液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸。

进一步，余热等温轧制的辗扩比≥1.4，本实施例的辗扩比=2，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度≤3°，本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为3°，保证最终环坯几何精度和重量精度，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径≥330mm。

第四实施例

本实施例的GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，包括如下步骤：

1）熔炼：采用真空感应+电渣重熔+真空自耗重熔的三联冶炼工艺，具体的，真空自耗重熔过程采用水与氦气双重冷却，可有效减轻Nb金属的偏析；

2）液态模锻：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将第1）步骤中得到的合金溶液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为1370 ℃，加压速度为39mm/s，充型时间3 s，比压380MPa，并在该压力下保压70s，得到近终截面环坯，比压是指液态金属在压力下冷却承受的单位压力；

3）均匀化：当近终截面环坯冷却至1155℃时，保温20h，再升温至1180℃，保温120h；特别的，第一阶段均匀化过程中需严格控制保温温度，并不得高于1160 ℃，否则会造成Laves相的初熔，无法消除偏析；

4）余热等温轧制：采用余热等温轧制：均匀化后的近终截面环坯降温至1050 ℃时，在径轴复合轧环机上进行等温轧制，并控制轧制模具与坯料温差为5℃，余热等温轧制依次包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、减速辗扩阶段和成圆整形阶段，且快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度V_轴向与径向进给速度V_径向满足V_轴向=0.5V_径向，减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当环坯的外径与成品环外径相差等于40mm 时，轴向轧辊抬起；优选的，余热等温轧制过程中，径轴复合轧环机的主辊转速为0.6rad/s，芯辊进给速度为10mm/s； 

5）热处理；采用直接时效热处理：经第4）步骤得到的环坯在720℃下保温8 h；随后以50 ℃/h随炉冷至625℃后，保温8 h，空冷；

6）精整，本实施例的精整采用冷精整工艺。

采用液态模锻制成近终截面环坯，使GH4169高温合金在压力下结晶、成形并产生少量塑性变形，获得内部组织致密，晶粒细小，表面光洁的优质液态模锻件。液态模锻具有以下工艺特点：

1）液态模锻可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使铸件组织致密；

2）液态金属在压力下成形和凝固，使铸件与型腔壁贴合紧密，因而液态模锻件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平；

3）液态模锻件在凝固过程中，各部位处于压应力状态，有利于铸件的补缩和防止铸造裂纹的产生；

4）液态模锻工艺非常适合制备截面复杂的环坯，可有效降低成本，提高环件的材料利用率。液态模锻技术还具有工艺简单、铸件机械性能好、生产效率高、成本相对较低等优点。

进一步，所述第2）步骤中，液态模锻模具采用高温合金制备，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至130℃时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层钇氧化物基耐火涂层，涂层厚度10-20 μm，继续预热液态模锻模具至350℃。通过在液态模锻模具上喷涂耐火涂层，可方便方便液态模锻模具脱模。

进一步，所述第4）步骤中，径轴复合轧环机的轧辊异形孔型依据环件产品截面设计，并与液态模锻模具型腔截面匹配，并保证足够的变形程度及两者匹配。径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。

进一步，液态模锻模具的型腔形状与环件的形状相似，在液态模锻模具的设计时，选取内/外截面上形状简单的一侧作为定位基准面，并根据余热等温轧制时轧辊与近终截面环坯接触的形状设置液态模锻模具的型腔，有效避免毛坯截面形状复杂导致轧制初期环坯与轧辊之间的点/线接触，导致打滑或咬合不良的问题。液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比：液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸。

进一步，余热等温轧制的辗扩比≥1.4，本实施例的辗扩比=1.5，以保证最终环件具有明显的周向纤维。控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度≤3°，本实施例的近终截面环坯内孔偏心度为3°，保证最终环坯几何精度和重量精度，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径≥330mm。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）熔炼：采用真空感应+电渣重熔+真空自耗重熔的三联冶炼工艺；

2）液态模锻：将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，将第1）步骤中得到的合金熔液定量浇注到液态模锻模具内，浇注温度为1350-1400 ℃，加压速度为35-40 mm/s，充型时间1-6 s，比压350-400 MPa，并在该压力下保压35-90 s，得到近终截面环坯；

3）均匀化：当近终截面环坯冷却至1150-1160 ℃时，保温20-30 h后，再升温至1180-1190 ℃，保温110-130 h；

4）余热等温轧制：均匀化后的近终截面环坯降温至1020-1120℃时，在径轴复合轧环机上进行余热等温轧制；

5）热处理；采用直接时效热处理：经第4）步骤得到的环坯在715-725 ℃下保温8 h；随后以50 ℃/h随炉冷至615-625 ℃后，保温8 h，空冷； 

6）精整：精整为冷精整。

2.根据权利要求1所述的GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于：所述第1）步骤中，真空自耗重熔过程采用水与氦气双重冷却。

3.根据权利要求1所述的GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于：所述第2）步骤中，液态模锻模具采用高温合金制备，将液态模锻模具固定于间接挤压铸造机上后，预热至100-150 ℃时，在液态模锻模具型腔内均匀喷上一层钇氧化物基耐火涂层，涂层厚度10-20 μm，继续预热液态模锻模具至300-350 ℃。

4.根据权利要求1所述的GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于：所述第4）步骤中，所述余热等温轧制依次包括快速辗扩阶段、稳定辗扩阶段、减速辗扩阶段和成圆整形阶段，所述快速辗扩阶段和稳定辗扩阶段时的轴向进给速度V_轴向与径向进给速度V_径向满足V_轴向=（0.5-0.6）V_径向，所述减速辗扩阶段和成圆整形阶段时，径轴复合轧环机的锥辊不进给，仅轧制由于径向轧制引起的宽展，当环坯的外径与成品环相差30-50 mm 时，轴向轧辊抬起。

5.根据权利要求4所述的GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于：轧制模具与坯料温差为±10℃。

6.根据权利要求4所述的GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于：径轴复合轧环机的径向进给量选择锻透所要求的最小进给量和咬入孔型所允许的最大进给量之间的较小值。

7.根据权利要求1所述的GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于：余热等温轧制过程中，径轴复合轧环机的主辊转速为0.5-0.8 rad/s，芯辊进给速度为1-30 mm/s。

8.根据权利要求1-7任一项所述的GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于：在设计液态模锻模具时，选取环件上的相应面作为定位基准面，并根据环件形状设置液态模锻模具型腔，且液态模锻模具型腔的闭合尺寸与环件最终截面尺寸相比：液态模锻模具的径向尺寸大于环件的径向尺寸，液态模锻模具的轴向尺寸小于环件的径向尺寸。

9.根据权利要求1所述的GH4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法，其特征在于：所述余热等温轧制的辗扩比≥1.4，控制轧制后的近终截面环坯的内孔偏心度≤3°，液态模锻得到的近终截面环坯的芯孔直径≥330mm。