CN103465027A - 一种gh4169合金细晶盘坯制造方法 - Google Patents

一种gh4169合金细晶盘坯制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种GH4169合金细晶盘坯制造方法,将GH4169原始坯料经过加热坯料、一次加热镦粗、二次加热镦粗、冲孔、辗轧而制成,其特征在于:采用石棉包套,使用三段加热方式处理坯料,预热金属垫并垫于坯料两端后加热镦粗,选取1020℃进行镦粗、冲孔、胀孔,1010℃进行轧制。本发明可减缓工件的温降速度而获得更多的可操作时间,有利于坯料上下端面的变形量与坯料中段的变形量保持一致以保证工件各部位组织的均匀性,避免了因临界变形而形成粗晶,使最终晶粒度均优于8级,确保了晶粒组织的细密,实现了GH4169合金盘坯的细晶化,大大提高GH4169合金的抗疲劳性能。

Description

一种GH4169合金细晶盘坯制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种GH4169合金细晶盘坯制造方法。
背景技术
[0002] GH4169合金在-253〜700°C温度范围内具有良好的综合性能,650°C以下的屈服强度居变形高温合金的首位,并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能,以及良好的加工性能和焊接性能。能够制造各种形状复杂的零部件,在宇航、核能、石油工业及挤压模具中,在上述温度范围内获得了极为广泛的应用。合金具有不同的热处理制度,以控制晶粒度、控制δ相形貌、分布和数量,从而获得不同级别的力学性能。合金热处理制度分3类:
[0003] 1:(1010 〜1065) °C ± 10°C,lh,油冷、空冷或水冷,720°C ±5°C,8h,以 50°C/h 炉冷至620°C ±5°C,8h,空冷。经此制度处理的材料晶粒粗化,晶界和晶内均无δ相,存在缺口敏感性,但对提高冲击性能和抵抗低温氢脆有利。
[0004] I1:(950 〜980) °C ± 10°C,lh,油冷、空冷或水冷,720°C ±5°C,8h,以 50°C/h 炉冷至620°C ±5°C,8h,空冷。经此制度处理的材料有δ相,有利于消除缺口敏感性,是最常用的热处理制度,也称为标准热处理制度。
[0005] III:7200C ±5°C,8h,以 50°C /h 炉冷至 620°C ±5°C,8h,空冷。经此制度处理后,材料中的S相较少,能提高材料的强度和冲击性能。该制度也称为直接时效热处理制度。
[0006] 以往的GH4169的普通及高强锻造工艺,如CN101412066B和CN100500881C,在其镦粗过程中,工件与锤砧直接接触,因摩擦力的原因两端面的金属不易向外沿流动,当高径比较大时,就会形成双鼓,为达整形的目的而导致锻造火次增加,不利于产品的成型和质量达标。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种GH4169合金细晶盘坯制造方法,用于航空发动机盘件制造的中间还,使晶粒度达到8级,是通过选取1020°C进行镦粗、冲孔、胀孔,1010°C进行轧制,保证变行量在20%〜30%下轧制成形。
[0008] 一种GH4169合金细晶盘坯制造方法,是将GH4169原始坯料经过加热坯料、一次加热镦粗、二次加热镦粗、冲孔、辗轧而制成,其特征在于:采用石棉包套,使用三段加热方式处理坯料,预热金属垫并垫于坯料两端后加热镦粗,选取1020°C进行镦粗、冲孔、胀孔,1010°C进行轧制;主要包括以下步骤:
[0009] (I)下料、包套,三段加热保温:
[0010] 以石棉垫对GH4169合金坯料进行包套,以845〜855°C (加热时间按6min/10mm计算)、980〜99CTC (加热时间按8min/10mm计算)、1015〜1025°C (加热时间按6min/10_计算)三段加热的方式对坯料进行加热;
[0011] (2)预热金属垫并用在坯料的上、下两端作垫:[0012] 对厚度为30mm的金属垫进行295〜305°C预热后用于坯料的上、下两端作垫;
[0013] (3)第一火加热镦粗:
[0014] 将加好金属垫的坯料置于2500T液压机上进行镦粗,以匀速持续变形20%〜30%,至光学测温仪测定温度为1000°C,短暂停留8〜12秒后再以匀速持续变形30%〜40%,至光学测温仪测定温度为960°C,终锻温度> 9300C ;
[0015] (4)第二火加热镦粗、冲孔及胀孔:
[0016] 趁热回炉重新加热至1020°C保温,保温时间为25min,以预热过的厚度为20mm的金属垫在坯料的上、下两端作垫,分段镦粗50%〜60%,并以冲头冲孔使孔径为外径的25%〜60%,出炉后胀孔使孔径为外径的70%〜85%,趁热回炉,加热保温时间按截面尺寸计算,力口热时间为按每6mm加热IOmin计算,保温时间则为加热时间的一半;
[0017] (5)保持1020°C加热、预轧、加热,在1010°C终轧:
[0018] 趁热回炉加热至1020°C保温,保温时间为14〜16min,上轧机进行预轧,趁热回炉重新加热至1020°C保温,保温时间为14〜16min,出炉后上轧机在1010°C进行终轧,得到锻件;
[0019] (6)固溶、保温、空冷处理:
[0020] 对步骤(5)所得锻件采用955〜965°C保温110〜130min的固溶,并以715〜725°C保温8〜8.5h,以50°C /h的速率炉冷至615〜625°C,保温8〜8.5h,空冷。
[0021] 所述步骤(I)中1020°C的加热保温时间为80min。
[0022] 所述步骤(2)〜(4)中的金属垫材质为钢。
[0023] 所述步骤(5)中保温时间为15min。
[0024] 所述步骤(6)中将锻件采用960°C保温120min的固溶,并以720°C保温8h,以500C /h的速率炉冷至620°C,保温8h,空冷。
[0025] 本发明的有益效果:减缓工件的温降速度而获得更多的可操作时间,有利于坯料上下端面的变形量与坯料中段的变形量保持一致以保证工件各部位组织的均匀性,避免了因临界变形而形成粗晶,使最终晶粒度均优于8级,确保了晶粒组织的细密,实现了 GH4169合金盘坯的细晶化,大大提高GH4169合金的抗疲劳性能。
[0026] 因为锻造温度区间较小,为了争取更多操作时间,本发明在第一火加热镦粗时采用了石棉包套的方法,目的是减缓工件的温降速度,从而有更多的可操作时间。本发明中锻件采用960°C保温IlOmin的固溶并以720°C保温8h、620°C保温8h时的热处理制度,最终的晶粒度均优于8级。第一火锻造所采用的加热温度为1020°C,低于GH4169的普通及高强锻造工艺,避免了锻造过程中产生的变形热使基体温度上升到锻件形成粗晶的程度,从而确保了晶粒组织的细密。在锻造过程中将变形量严格控制在20%〜30%的区间内,既避免了因临界变形而形成粗晶,又避免了因变形量过大而产生过多变形热导致粗晶的形成。在饼坯镦粗的过程中,在工件端面与锤砧面之间使用了塑性好、易变形的其他金属作垫,从而在镦粗的过程中,上下端面会随着金属垫的变形而向外沿产生金属的流动,使得上下端面的变形量与坯料中段的变形量尽可能的保持一致,即确保了工件各部位组织的均匀性,也减少了大高径比工件在镦粗时形成双鼓的可能性。
附图说明[0027] 图1为本发明的流程图;
[0028] 图2为本发明的坯料两端使用金属垫变形前图;
[0029] 图3为本发明的坯料两端使用金属垫变形后图;
[0030] 图中:1-上砧,2-下砧,3-金属垫,4-坯料。
具体实施方式
[0031] 为了加深对本发明的理解,下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述,但并不构成对本发明保护范围的限定。
[0032] GH4169 合金的标准化学成分为:C ( 0.08,Cr=17.0 〜21.0, Ni=50.0 〜55.0,Co ( 1.0, Mo=2.80 〜3.30,Al=0.30 〜0.70,Ti=0.75 〜1.15,其余为 Fe。
[0033] 图2为本发明的坯料两端使用金属垫变形前图,图3为本发明的坯料两端使用金属垫变形后图。通过图2和图3对比可知,将金属垫3垫于坯料4与上砧1、下砧2之间,在镦粗的过程中,坯料4的上下端面会随着金属垫的变形而向外沿产生金属的流动,使得上下端面的变形量与坯料中段的变形量尽可能的保持一致,即确保了工件各部位组织的均匀性,也减少了大高径比工件在镦粗时形成双鼓的可能性。
[0034] 如图1所示,本发明流程包括下料、包套,三段加热保温,预热金属垫并用在坯料的上、下两端作垫,第一火加热镦粗,第二火加热镦粗、冲孔及胀孔,保持1020°C加热、预轧、加热,在1010°C终轧,固溶、保温、空冷处理。下面以规格为Φ200X250mm的坯料为例,详细说明本发明的制造方法。
[0035] 使用Φ 200 X 250mm的GH4169坯料,以石棉垫对坯料进行包套,采用850 °C(6min/10mm)、985°C (8min/10mm)> 1020°C (6min/10mm)三段加热的方式对还料进行加热,其中1020°C的加热保温时间为80min。使用预热过的(约300°C)厚度为30mm的20#钢(金属垫)在坯料的上、下两端作垫,在2500T液压机上进行镦粗,以匀速持续变形至H=175mm,光学测温仪测定温度为1000°C,短暂停留(约10秒)后再以匀速持续变形至H=125mm,光学测温仪测定温度为960°C,趁热回炉重新加热至1020°C保温,保温时间为25分,以预热过的厚度为20mm的20#钢在坯料的上、下两端作垫,分段镦粗至H=70mm,并以Φ 150mm冲头冲孔。出炉后胀孔至Φ220πιπι,趁热回炉重新加热至1020°C保温,保温时间为15min,出炉后上轧机进行预轧,预轧尺寸为Φ525ΧΦ395Χ70,趁热回炉重新加热至1020°C保温,保温时间为15min,出炉后上轧机进行终轧,终轧尺寸为Φ645Χ Φ545Χ70。对该锻件采用960°C保温IlOmin的固溶并以720°C保温8h、620°C保温8h时的热处理,最终得到盘坯,即本发明所述的GH4169合金细晶盘坯,其晶粒度均优于美国ASTM标准8级。
[0036] 对于GH4169合金来说,由于细小均匀的晶粒组织能在交变应力作用下减小不均匀滑移的程度,从而推迟了疲劳裂纹的形成,细晶使晶界增多,有效地阻止了疲劳裂纹的扩展,故晶粒充分细化有利于提高合金高周疲劳性能。本发明制造方法采用了适宜的温度制造细晶盘坯,获得了 δ相典型的球状组织,从数量的减少和形态的优化两个方面充分弱化了 δ相的脆性效应,也有利于合金的高周疲劳性能的提高。
[0037] 实施例1
[0038] (I)下料、包套,三段加热保温:
[0039] 以石棉垫对坯料进行包套,以845°C (加热时间按6min/10mm计算)、980°C (加热时间按8min/10mm计算)、1015。0 (加热时间按6min/10mm计算)三段加热的方式对还料进行加热;
[0040] (2)预热金属垫并用在坯料的上、下两端作垫:
[0041] 对厚度为30mm的金属垫进行295°C预热后用于坯料的上、下两端作垫;
[0042] (3)第一火加热镦粗:
[0043] 将加好金属垫的坯料置于2500T液压机上进行镦粗,以匀速持续变形20%,至光学测温仪测定温度为1000°C,短暂停留8秒后再以匀速持续变形30%%,至光学测温仪测定温度为960°C,终锻温度≥9300C ;
[0044] (4)第二火加热镦粗、冲孔及胀孔:
[0045] 趁热回炉重新加热至1020°C保温,保温时间为25min,以预热过的厚度为20mm的金属垫在坯料的上、下两端作垫,分段镦粗50%,并以冲头冲孔使孔径为外径的25%,出炉后胀孔使孔径为外径的70%,趁热回炉,加热保温时间按截面尺寸计算,加热时间为按每6mm加热IOmin计算,保温时间则为加热时间的一半;
[0046] (5)保持1020°C加热、预轧、加热,在1010°C终轧:
[0047] 趁热回炉加热至1020°C保温,保温时间为14min,上轧机进行预轧,趁热回炉重新加热至1020°C保温,保温时间为14min,出炉后上轧机在1010°C进行终轧,得到锻件;
[0048] (6)固溶、保温、空冷处理:
[0049] 对步骤(5)所得锻件采用955°C保温IlOmin的固溶,并以715°C保温8h,以50°C /h的速率炉冷至615°C,保温8h,空冷。
[0050] 实施例2
[0051] (1)下料、包套,三段加热保温:
[0052] 以石棉垫对坯料进行包套,以855°C (加热时间按6min/10mm计算)、990°C (加热时间按8min/10mm计算)、1025°C (加热时间按6min/10mm计算)三段加热的方式对还料进行加热;
[0053] (2)预热金属垫并用在坯料的上、下两端作垫:
[0054] 对厚度为30mm的金属垫进行305°C预热后用于坯料的上、下两端作垫;
[0055] (3)第一火加热镦粗:
[0056] 将加好金属垫的坯料置于2500T液压机上进行镦粗,以匀速持续变形30%,至光学测温仪测定温度为1000°C,短暂停留12秒后再以匀速持续变形40%,至光学测温仪测定温度为960°C,终锻温度≥9300C ;
[0057] (4)第二火加热镦粗、冲孔及胀孔:
[0058] 趁热回炉重新加热至1020°C保温,保温时间为25min,以预热过的厚度为20mm的金属垫在坯料的上、下两端作垫,分段镦粗60%,并以冲头冲孔使孔径为外径的60%,出炉后胀孔使孔径为外径的85%,趁热回炉,加热保温时间按截面尺寸计算,加热时间为按每6_加热IOmin计算,保温时间则为加热时间的一半;
[0059] (5)保持1020°C加热、预轧、加热,在1010°C终轧:
[0060] 趁热回炉加热至1020°C保温,保温时间为16min,上轧机进行预轧,趁热回炉重新加热至1020°C保温,保温时间为16min,出炉后上轧机在1010°C进行终轧,得到锻件;
[0061] (6)固溶、保温、空冷处理:[0062] 对步骤(5)所得锻件采用965°C保温130min的固溶,并以725°C保温8.5h,以50 0C /h的速率炉冷至625 °C,保温8.5h,空冷。
[0063]实施例3
[0064] (I)下料、包套,三段加热保温:
[0065] 以石棉垫对还料进行包套,以850°C (加热时间按6min/10mm计算)、985°C (加热时间按8min/10mm计算)、1020°C (加热时间按6min/10mm计算)三段加热的方式对还料进行加热;
[0066] (2)预热金属垫并用在坯料的上、下两端作垫:
[0067] 对厚度为30mm的金属垫进行300°C预热后用于坯料的上、下两端作垫;
[0068] ( 3 )第一火加热镦粗:
[0069] 将加好金属垫的坯料置于2500T液压机上进行镦粗,以匀速持续变形25%,至光学测温仪测定温度为1000°C,短暂停留10秒后再以匀速持续变形35%,至光学测温仪测定温度为960°C,终锻温度≥9300C ;
[0070] (4)第二火加热镦粗、冲孔及胀孔:
[0071] 趁热回炉重新加热至1020°C保温,保温时间为25min,以预热过的厚度为20mm的金属垫在坯料的上、下两端作垫,分段镦粗55%,并以冲头冲孔使孔径为外径的42.5%,出炉后胀孔使孔径为外径的77.5%,趁热回炉,加热保温时间按截面尺寸计算,加热时间为按每6mm加热IOmin计算,保温时间则为加热时间的一半;
[0072] (5)保持1020°C加热、预轧、加热,在1010°C终轧:
[0073] 趁热回炉加热至1020°C保温,保温时间为15min,上轧机进行预轧,趁热回炉重新加热至1020°C保温,保温时间为15min,出炉后上轧机在1010°C进行终轧,得到锻件;
[0074] (6)固溶、保温、空冷处理:
[0075] 对步骤(5)所得锻件采用960°C保温120min的固溶,并以720°C保温8.25h,以500C /h的速率炉冷至620°C,保温8.25h,空冷。

Claims (5)

1.一种GH4169合金细晶盘坯制造方法,是将GH4169原始坯料经过加热坯料、一次加热镦粗、二次加热镦粗、冲孔、辗轧而制成,其特征在于:采用石棉包套,使用三段加热方式处理坯料,预热金属垫并垫于坯料两端后加热镦粗,选取1020°C进行镦粗、冲孔、胀孔,IOlO°C进行轧制;主要包括以下步骤: (1)下料、包套,三段加热保温: 以石棉垫对坯料进行包套,以845-855°C(加热时间按6min/10mm计算)、980-990°C(加热时间按8min/10mm计算)、1015-1025°C (加热时间按6min/10mm计算)三段加热的方式对坯料进行加热; (2)预热金属垫并用在坯料的上、下两端作垫: 对厚度为30mm的金属垫进行295-305°C预热后用于还料的上、下两端作垫; (3)第一火加热镦粗: 将加好金属垫的坯料置于2500T液压机上进行镦粗,以匀速持续变形20%-30%,至光学测温仪测定温度为1000°C,短暂停留8-12秒后再以匀速持续变形30%-40%,至光学测温仪测定温度为960°C,终锻温度≥9300C ; (4)第二火加热镦粗、冲孔及胀孔: 趁热回炉重新加热至1020°C保温,保温时间为25min,以预热过的厚度为20mm的金属垫在坯料的上、下两端作垫,分段镦粗50%-60%,并以冲头冲孔使孔径为外径的25%-60%,出炉后胀孔使孔径为外径的70%-85%,趁热回炉,加热保温时间按截面尺寸计算,加热时间为按每6mm加热IOmin计算,保温时间则为加热时间的一半; (5)保持1020°C加热、预轧、加热,在1010°C终轧: 趁热回炉加热至1020°C保温,保温时间为14~16min,上轧机进行预轧,趁热回炉重新加热至1020°C保温,保温时间为14~16min,出炉后上轧机在1010°C进行终轧,得到锻件; (6)固溶、保温、空冷处理: 对步骤(5)所得锻件采用955-965°C保温110-130min的固溶,并以715-725°C保温8-8.5h,以50°C /h的速率炉冷至615-625°C,保温8-8.5h,空冷。
2.根据权利要求1所述的一种GH4169合金细晶盘坯制造方法,其特征在于:所述步骤(I)中1020°C的加热保温时间为80min。
3.根据权利要求1-2任一所述的一种GH4169合金细晶盘还制造方法,其特征在于:所述步骤(2)-(4)中的金属垫材质为钢。
4.根据权利要求1所述的一种GH4169合金细晶盘坯制造方法,其特征在于:所述步骤(5)中保温时间为15min。
5.根据权利要求1所述的一种GH4169合金细晶盘坯制造方法,其特征在于:所述步骤(6)中将锻件采用960°C保温120min的固溶,并以720°C保温8h,以50°C/h的速率炉冷至620°C,保温8h,空冷。
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