CN103381459A - 一种高温合金钢加热器筒体的模锻工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GH4169高温合金钢加热器筒体的模锻工艺，工序依次包括：a)坯料预热，温度为80～110℃，时间为30～60分钟；b)在坯料表面喷涂玻璃粉润滑剂；c)坯料在中温炉加热，温度为900～950℃，时间≥60分钟；d)坯料在高温炉加热，温度为1120～1150℃，时间≥50分钟；e)下模具上放置欠压环，对模具喷涂水基石墨；坯料放入模具，并在坯料上端面放置绝热棉；f)第一次锻打，压力机能量为3500～4200吨；g)卸下欠压环，在上模具喷涂水基石墨；h)在坯料绝热棉上撒一层木屑；i)第二次锤打，压力机能量为4900～5600吨；该工艺具有成品率高，性能好，容易脱模的特点。
Description
技术领域
本发明是关于一种高温合金钢的模锻工艺，尤其是关于GH4169高温合金钢加热器筒体的模锻工艺。
背景技术
GH4169高温合金是以体心四方的γ″和面心立方的γ′相沉淀强化的镍基高温合金，其材料特性比较特殊，在-253℃～700℃范围内具有良好的综合性能，650℃以下的屈服强度居高温合金的首位，并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化和耐腐蚀性能，以及良好的加工性能、焊接性能，因而广泛用于宇航、核能、石油化工、发动机等工业领域。但GH4169高温合金对热加工工艺特别敏感，其相析出、溶解性、组织性能对炉温和热处理工艺等要求很高，在制造各种形状复杂的零部件锻打过程中时，对炉温、退火次数、脱模、时间等有极苛刻的要求。如某型斯特林发动机用加热器筒体就采用了GH4169高温合金材料，其毛坯生产过程中，由于对相关GH3169合金的锻打工艺研究的欠缺，在锻打中存在以下不足：锻打后零件脱模困难，或脱模过程中容易导致锻件尺寸超差，严重时导致屈服强度、疲劳强度等力学性能下降，零部件报废率高，生产成本一直居高不下。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种GH4169高温合金钢加热器筒体的模锻工艺，解决模锻过程中存在的零件脱模困难，锻件尺寸超差，屈服强度、疲劳强度等力学性能下降，零件报废率高，生产成本高的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
一种GH4169高温合金钢加热器筒体的模锻工艺，工序依次包括坯料加热、锻打、脱模和检验，其特征在于：所述的加热工序包括坯料预热、中温炉加热和高温炉加热，工序依次如下：
a)坯料锻打前进行预热，加热温度为80℃～110℃，加热时间为30～60分钟；
b)出炉后在坯料表面喷涂玻璃粉润滑剂；
c)坯料在中温炉加热，加热温度为900℃～950℃，加热时间不小于60分钟；
d)坯料由中温炉转到高温炉加热，加热温度为1120℃～1150℃，加热时间不小于50分 钟；
所述的锻打工序，包括模具准备、第一次锻打和第二次锻打工序，工序依次如下：
a)在模具的下模具上面放置欠压环，并对上、下模具的内腔表面均匀地喷涂水基石墨；然后将坯料放置在下模具中，并在坯料上端面放置绝热棉，合上上模具；
b)实施第一次锻打，压力机能量控制为3500吨～4200吨；
c)卸下欠压环，并在上模具内腔表面喷涂水基石墨；
d)在坯料绝热棉上撒一层木屑；
e)实施第二次锤打，压力机能量控制为4900吨～5600吨。
优选地，上述的GH4169高温合金钢加热器筒体的模锻工艺，在准备模具时，坯料放入模具前，对模具先进行预热，预热温度为200℃～300℃，预热时间为100～120分钟。
优选地，上述的GH4169高温合金钢加热器筒体的模锻工艺，在操作过程中先对夹料钳进行预热，预热温度为150℃～200℃。
优选地，上述的GH4169高温合金钢加热器筒体的模锻工艺，在操作过程中，坯料从放入模具到锻打结束，时间控制为2～3分钟。
本发明的有益效果如下：
按照本发明的工艺，开展了工艺试验验证，锻打一批共10个GH4169高温合金钢加热器筒体，试验中坯料脱模十分方便，没有出现粘模现象，零件尺寸控制也十分到位，毛坯经过切削加工和力学性能性能试验，全部达到设计要求，且该批10个零件，全部一次锻打合格，成品率从不到40％显著提升到近100％，单个毛坯的加工成本也有近30％左右的下降。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是本发明的热工序温度和时间控制图。
具体实施方式
图1至图2所示为本发明的第一个实施例：
某型斯特林发动机加热器筒体毛坯的模锻工艺，该加热器筒体毛坯材料为GH4169高温合金钢，模锻工艺流程包括以下主要工序：1）坯料预热；2）坯料喷涂润滑剂；3）坯料在中温炉加热；4）坯料在高温炉加热；5）下模具放置欠压环；6）上、下模具内腔表面喷涂水基石墨；7）下模具腔内置放坯料；8）坯料上端面放置绝热棉；9）实施第一次锤打；10）卸下欠压环；11）上模具内腔表面喷涂水基石墨；12）在坯料上端面撒上木屑；13）实施第二次 锤打；14）脱模；15）锻件空冷；16）锻件检验。
上述工序的操作方法和参数控制如下：
1)坯料预热和配料润滑
坯料锻打前需进行预热，加热温度保持在80℃，加热时间约30-60分钟，出炉后在坯料表面喷涂玻璃粉润滑剂。
在操作过程中，最好对操作工具夹料钳也进行预热，预热温度约150℃～200℃。
2)坯料在中温炉加热
将中温加热炉温度控制到900℃，坯料在中温加热炉加热60分钟。
3)坯料在高温炉中加热
坯料在中温加热炉加热后，然后转到高温加热炉，加热温度设置为1120℃，加热时间为50min。
4)模具准备
模锻前对模具进行预热准备，预热温度约200℃～300℃，预热时间持续120分钟。
预热结束后，在下模具内腔上面放置约20mm厚度的欠压环，并对上、下模具腔内喷涂水基石墨，喷涂要求充分均匀。将坯料放入模具内，并在其端面上放置可粘贴的绝热棉，合上模具。
5)第一次锻打
进行第一次锻打，锻打时间约1分钟，锻打时压力机能量控制在3500吨。
6)撒木屑
第一次锻打结束后，打开模具，卸下欠压环，然后重新将坯料平整地放入下模具，并在坯料绝热棉上撒一层木屑，木屑厚度以完全盖住坯料即可，约1～3mm即可，主要目的是坯料便于脱模。然后，合上模具。
7)第二次锻打
进行第二次锻打，锻打时间约1分钟，压力机能量控制在约4900吨。
8)脱模、冷却
锻打结束后，进行脱模，然后将锻件散开进行空冷。
下面是本发明的第二个实施例：
将坯料预热温度分别调整到90℃、110℃，其它条件同实施例一，进行工艺试验，试验结果表明锻件质量满足要求。
下面是本发明的第三个实施例：
坯料在中温加热炉中加热时温度分别调整到925℃、950℃，其它条件同实施例一，进行 工艺试验，试验结果表明锻件质量满足要求。
下面是本发明的第四个实施例：
坯料在中温加热炉中加热，加热时间为80分钟，其它条件同实施例一，进行工艺试验，试验结果表明锻件质量满足要求。
下面是本发明的第五个实施例：
第一次锻打时，压力机能量控制到4200吨，其它条件同实施例一，进行工艺试验，试验结果表明锻件质量满足要求。
下面是本发明的第六个实施例：
第二次锻打时，压力机能量控制到5600吨，其它条件同实施例一，进行工艺试验，试验结果表明锻件质量满足要求。
下面是本发明的第七个实施例：
将高温加热炉的加热温度控制到1145℃，其它条件同实施例一，进行工艺试验，试验结果表明锻件质量满足要求。
此外，坯料在高温炉中加热加热时间不应超过120分钟，如果超过120分钟，应将温度降低到1000℃以下，然后再加热到1120℃～1150℃，并保持在这个温度持续加热50分钟以上。
锻打过程中，为避免模具应温升过快而导致变形，应合理控制模锻时间，一般从坯料放入模具，到第二次锻打结束，时间控制到2～3分钟为宜。
按照上述的工艺，进行了多个批次的工艺试验，锻件锻打结束都很方便地进行了脱模，样品进行切削加工，并进行力学试验，力学性能全部合格。上述的工艺不局限于斯特林发动机加热器筒体的加工，还可以应用到其它结构的坯料加工。
本领域技术人员应该认识到，以上实施例仅用于说明本发明而非限制本发明所描述的技术方案，并不局限于以上的形式，还可以对本发明进行修改或等同的替换；一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，都将落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种GH4169高温合金钢加热器筒体的模锻工艺，工序依次包括坯料加热、锻打、脱模和检验，其特征在于：所述的加热工序包括坯料预热、中温炉加热和高温炉加热，工序依次如下：
a)坯料锻打前进行预热，加热温度为80℃～110℃，加热时间为30～60分钟；
b)出炉后在坯料表面喷涂玻璃粉润滑剂；
c)坯料在中温炉加热，加热温度为900℃～950℃，加热时间不小于60分钟；
d)坯料由中温炉转到高温炉加热，加热温度为1120℃～1150℃，加热时间不小于50分钟；
所述的锻打工序，包括模具准备、第一次锻打和第二次锻打工序，工序依次如下：
a)在模具的下模具上面放置欠压环，并对上、下模具的内腔表面均匀地喷涂水基石墨；然后将坯料放置在下模具中，并在坯料上端面放置绝热棉，合上上模具；
b)实施第一次锻打，压力机能量控制为3500吨～4200吨；
c)卸下欠压环，并在上模具内腔表面喷涂水基石墨；
d)在坯料绝热棉上撒一层木屑；
e)实施第二次锤打，压力机能量控制为4900吨～5600吨。
2.根据权利要求1所述的GH4169高温合金钢加热器筒体的模锻工艺，其特征在于：在准备模具时，坯料放入模具前，对模具先进行预热，预热温度为200℃～300℃，预热时间为100～120分钟。
3.根据权利要求1或2所述的GH4169高温合金钢加热器筒体的模锻工艺，其特征在于：上述的GH4169高温合金钢的模锻工艺，在操作过程中先对夹料钳进行预热，预热温度为150℃～200℃。
4.根据权利要求1或2所述的GH4169高温合金钢加热器筒体的模锻工艺，其特征在于：上述的GH4169高温合金钢的模锻工艺，在操作过程中，坯料从放入模具到锻打结束，时间控制为2～3分钟。
5.根据权利要求3所述的GH4169高温合金钢加热器筒体的模锻工艺，其特征在于：上述的GH4169高温合金钢的模锻工艺，在操作过程中，坯料从放入模具到锻打结束，时间控制为2～3分钟。
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