CN103009018B - 一种超细晶、高强度合金叶片锻件制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超细晶、高强度合金叶片锻件的制造方法,制造过程包括,挤压、终锻、切毛边、热处理,其特征在于:所述挤压过程前采用钡盐炉加热;所述挤压模具采用“菱形叶身和榫头”对开式方形锥台结构,并对挤压模具喉部进行强化处理;本发明缩短了模具设计周期和生产工艺流程,降低了材料消耗,节约了成本;同时制备出的锻件性能组织平均晶粒度细于10级,性能达到高强锻件的水平。

Description

一种超细晶、高强度合金叶片锻件制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高温合金叶片精锻领域,特别涉及了一种超细晶、高强度GH4169合金转子叶片锻件的制造方法。

背景技术

[0002] 压气机叶片是燃气轮机和航空发动机等机械的重要工作部件,尤其是高压压气机转子叶片,不但要随压气机盘做3000~10000rpm以上的长时间高速旋转,受热、力条件复杂,且其叶身又极单薄,进、排气边缘厚度甚至达0.2mm,因此对材质和组织性能要求十分苛刻;叶片精锻解决了薄型面材料难加工这一难题,显著提高了叶片加工的效率,由于叶片精锻技术是材料热加工、精密检测、表面优化等技术在发动机高精度叶片制造上的综合运用,具有流程短、高效、低耗、优质众多特点,但是由于工艺、设备原因,高温合金精锻叶片还存在很多困难。

[0003] 现有技术中对GH4169合金转子叶片锻件的制造,为其榫头平均晶粒度细于5级,叶身平均晶粒度细于7级,抗拉强度、持久等力学性能达到“普通强度”水平,其工艺流程为:第一步,将坯料加热1000 °C〜1150 °C,挤杆,变形量:20%〜60%,清理;第二步,将挤杆后的坯料加热1000°C〜1150°C,墩头,变形量:20%〜60%,清理;第三步,将墩头后的坯料加热900°C〜1200°C,墩头,变形量:20%〜60%,清理;第四步,将预锻后的坯料加热900°C〜1200°C,进行终锻,变形量:20%〜60%,清理;第五步,热处理,锻件进行固溶,固溶温度为1000°C〜1100°C,后理化检验。

[0004] 采用传统工艺流程很难做到超细晶粒、高强度的高温合金精锻叶片,其工序和加热方式等已经没有调整空间,因此,需要对工艺流程中的工序和加热方式进行优化设计,以制造出榫头平均晶粒度细于8级,叶身平均晶粒度细于10级,抗拉强度、持久等力学性能达至IJ “高强”水平的叶片锻件。

发明内容

[0005] 本发明的目的:提供了一种超细晶、高强度合金叶片锻件制造方法,通过对加热条件和模具设计的控制,将三道工序合并为一道工序。

[0006] 本发明的技术方案:一种超细晶、高强度合金叶片锻件的制造方法,通过对加热条件和模具设计的控制,确定了能够实现超细晶、高强度高温合金叶片锻件的精锻工艺流程和工艺参数,其特征在于:所述加热条件,采用钡盐炉加热,坯料转移时间< 5s,加热温度1020°C ±10°C,坯料和叶片加热时间> 3min ;所述模具设计,模具材料选为耐磨的4Cr5W2VSi,在半径R的转接处堆焊合金材料CofraCr3J5Si2,厚度1.0〜1.5mm,焊前模块预热300°C〜400°C,保温30〜50min,堆焊时用小锤轻敲打焊料,焊后保温冷却;所述工艺流程和工艺参数包括:步骤一,将圆柱坯料钡盐炉加热,挤压成型菱形叶身和榫头,加热温度为1000°C〜1020°C,挤压比为5〜6左右,清理;步骤二,将挤压件钡盐炉加热,终锻成形叶身和榫头,加热温度为1000°C〜1020°C,叶身变形量为40%〜60%,榫头变形量为20%〜40%,清理;步骤三,热处理,真空固溶,加热温度为970°C〜980°C,保温I〜2小时后理化检测。

[0007] 本发明的有益效果:与传统制造方法相比减少了三套工序,缩短了模具设计周期和生产工艺流程,降低了材料消耗,节约了成本;同时制备出的锻件性能组织平均晶粒度细于10级,性能达到高强锻件的水平。

附图说明

[0008] 图1是传统合金叶片制造流程图。

[0009]图2是本发明合金叶片精锻制造流程图。

具体实施方式

[0010] 下面结合附图1〜2和实施例具体说明本发明的内容。

[0011] 如图1所示,传统合金叶片精密锻造工艺流程是:1圆柱坯料一 21挤压成型圆柱叶身一 22墩头成型方形榫头一 23预成型叶身和榫头一 3终成形叶身和榫头一 4切毛边一 5热处理一 6理化检测;该流程是目前国内外对不锈钢、钛合金叶片广泛采用的流程,但采用该流程很难做到超细晶粒、高强度的高温合金精锻叶片,其工序和加热方式等已经没有调整空间。

[0012] 如图2所示,本发明合金叶片精锻制造流程图:1圆柱坯料一 2挤压成型菱形叶身和榫头一 3终锻成形叶身和榫头一 4切毛边一 5热处理一 6理化检测;该流程将“21挤压成型圆柱叶身一 22墩头成型方形榫头一 23预成型叶身和榫头”三道工序合并为“2挤压成型菱形叶身和榫头” 一道工序,因此缩短了流程,且该流程中“菱形叶身和榫头”结构较“圆柱叶身+圆形榫头”结构明显降低了材料消耗。

[0013] 本发明所述的优化高温合金叶片精锻制造流程,具体实施过程为:首先,将圆柱坯料钡盐炉加热,挤压成型菱形叶身和榫头,加热温度为1000°C〜1020°C,挤压比为5〜6左右,清理;其次,将挤压件钡盐炉加热,终锻成形叶身和榫头,加热温度为1000°C〜1020°C,叶身变形量为40 %〜60 %,榫头变形量为20 %〜40 %,清理;最后,热处理,真空固溶,加热温度为970°C〜980°C,保温I〜2小时后理化检测;所述清理过程:对挤压用圆柱坯料采用外圆磨,倒圆角;对菱形挤压坯进行腐蚀、吹沙和振动光饰;对终锻叶片进行腐蚀、吹沙和振动光饰、抛光等方法,去除表面缺陷。

[0014] 叶片坯料挤压模具的设计制造及表面强化方式是本发明的重要环节,是缩短流程、节约材料消耗的关键;但挤压坯料变形量较大,模具承受的反作用力和摩擦力也大,需要对模具结构、模具材料精心选择,同时还要对喉部进行强化;因此模具设计制造和强化方案是需要解决的重要问题。

[0015] 本发明优选实施例中,采用挤压“菱形叶身和榫头”的模具结构,所述“菱形叶身和榫头”的模具结构较传统“圆柱叶身+圆形榫头”的模具结构有较大差别,“圆柱叶身+圆形榫头”的模具结构为圆筒形整体结构,“菱形叶身和榫头”的模具结构为对开式方形锥台结构,为了提高模具寿命,对喉部进行了强化处理,本发明“菱形叶身和榫头”的模具结构具体设计过程为:模具材料选为耐磨的4Cr5W2VSi,为提高模具寿命,在半径R的转接处堆焊合金材料Co6QCr3QW5Si2,厚度L O〜L 5mm,焊前模块预热300°C〜400°C,保温30〜50min,堆焊时用小锤轻敲打焊料,易于应力释放,防止开裂;每套模具焊2次,焊后保温冷却。

[0016] 锻件加热过程:GH4169合金是靠δ相和γ'相强化的镍基高温合金,晶粒度、δ相和r相对锻造加热参数和变形量比较敏感,不同的参数得到不同的组织结构,进而影响强度和塑性指标;要想获得理想的组织性能,同时对余量较小的精锻叶片进行表面氧化和元素贫化的严格控制,必须对坯料和锻件的加热制度进行优化。

[0017] 本发明优选实施例中,采用钡盐炉加热,它的优点是具有加热速度快,温度均匀和不易氧化、脱碳等,在坯料挤压或锻造过程中,无需再在坯料表面涂覆任何润滑剂;同时要求坯料的转移时间很严< 5s,一旦时间超过5s,则钡盐变冷,形成硬壳,在锻件表面留下凹坑;本发明优选实施例中,采用加热温度1020°C ±10°C,坯料和叶片加热时间>3min ;每次加热7次,循环加热,此方法比电炉加热缩短了加热时间近17min,提高生产效率85%。

[0018] 传统制备工艺中,高温合金在多次的加热过程后,锻件表层的碳、硼等合金元素易被烧蚀和贫化,甚至诱发锻件表层晶粒粗化,导致拉伸塑性和冲击韧性下降,高温持久力明显降低,对此需要进行了叶片锻后表面贫化的检验。

[0019] 本发明由于整个锻造加热过程中均采用了钡盐炉加热,熔融的氯化钡在坯料表面形成一层致密的润滑层,使坯料不易氧化、脱碳等,坯料表面几乎没有贫化层产生。

[0020] 以上所述仅为本发明的较佳实施例,并非用以限定本发明的申请范围;凡其他未脱离本发明所揭示的实质下所完成的等效改变或修饰,均应包含在下述的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种超细晶、高强度合金叶片锻件制造方法,制造过程包括挤压、终锻、切毛边、热处理,其特征在于:挤压过程为,先将坯料用钡盐炉加热;挤压模具采用“菱形叶身和榫头”对开式方形锥台结构,并对挤压模具喉部进行强化处理; 钡盐炉加热过程中,坯料转移时间< 5S,加热温度1020°C ±10°C,坯料加热时间>3min ; 挤压模具喉部强化方式为,在喉部的转接处堆焊合金材料CofraCr3J5Si2,厚度1.0〜1.5mm ;焊前对模具预热、保温,预热温度为300°C〜400°C,保温时间为30〜50min ;堆焊时用小锤轻敲打焊料,焊后保温冷却;所述挤压模具的制造材料选用4Cr5W2VSi。
2.根据权利要求1所述的超细晶、高强度合金叶片锻件制造方法,其特征在于:坯料用钡盐炉加热,加热温度为1020°C,然后挤压成型“菱形叶身和榫头”,挤压比为5〜6。
3.根据权利要求1所述的超细晶、高强度合金叶片锻件制造方法,其特征在于:所述终锻过程为,先将挤压件钡盐炉加热,加热温度为1000°C〜1020°C,然后终锻成型“菱形叶身和榫头”,叶身变形量为40 %〜60 %,榫头变形量为20 %〜40 %。
4.根据权利要求1所述的超细晶、高强度合金叶片锻件制造方法,其特征在于:所述热处理过程为,真空固溶,加热温度为970°C〜980°C,保温I〜2小时。
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