CN103706740A - 一种环形gh105高温合金锻件的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于GH105高温合金锻造技术领域，公开了一种环形GH105高温合金锻件的锻造方法。该环形GH105高温合金锻件的锻造方法，包括以下步骤：对坯料进行包套处理；对包裹着包套的坯料进行加热；加热结束后，取下包套，然后对坯料冲孔；对坯料进行冷却，在坯料内孔表面进行切削和圆弧倒角；对坯料表面进行吹砂、打磨；对坯料进行包套处理；对包裹着包套的坯料进行加热；加热过程结束后，取下包套，对坯料交替进行马杠扩孔和平端面，每进行两火次的马杠扩孔就进行一火次的平端面，直到坯料的尺寸达到设定坯料尺寸范围；对坯料进行包套处理，然后对包裹着包套的坯料进行加热；加热过程结束后，取下包套，对坯料进行辗扩直到锻件成型。
Description
技术领域
本发明属于GH105高温合金锻造技术领域，特别涉及一种环形GH105高温合金锻件的锻造方法。
背景技术
GH105合金是一种高合金化的时效强化型镍基变形高温合金，其强度高、热加工性能和焊接性能差，常用于制造航空发动机涡轮叶片、扇形封闭环、高温螺栓等高温零部件，工作温度为750℃～950℃。由于该合金的合金化程度高，变形抗力大，锻造温度范围窄、塑性差，锻造时棱角处极易开裂，裂纹一般宽3mm～5mm，深7mm～10mm；另外，加热不均匀、粗晶问题也是GH105材料环件锻造过程中的一个问题，加热不均匀、粗晶问题一般依靠反复打磨和增加锻造火次来解决，这无疑增大了成本，且加热不均匀、混晶现象不易解决，给原材料冶炼及坯料生产均带来了很大的难度，使成品率降低，而锻件的生产更是存在诸多问题，如：锻造温度范围窄、塑性差，锻造时易开裂等技术难题使生产厂家难以保质保量按期交货。
发明内容
本发明的目的在于提出一种环形GH105高温合金锻件的锻造方法。本发明的一种环形GH105高温合金锻件的锻造方法能有效解决环形GH105高温合金零件锻造过程中受热不均匀、锻造温度降温快、锻件裂纹严重、报废率高等问题。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种环形GH105高温合金锻件的锻造方法，包括以下步骤：S1：按照环 形GH105高温合金的零件图设计对应的锻件图，按照所述锻件图确定下料规格和下料长度，还包括以下步骤：
S2：对坯料进行包套处理，使坯料完全被包裹；对包裹着包套的坯料进行三段式连续加热；加热过程结束后，取下包套，然后对坯料进行冲孔；然后对坯料进行避风冷却，在坯料内孔表面进行切削和圆弧倒角；再对坯料表面进行吹砂、打磨；
S3：对坯料进行包套处理，使坯料完全被包裹；然后对包裹着包套的坯料进行三段式连续加热；加热过程结束后，取下包套，对坯料交替进行马杠扩孔和平端面，每进行两火次的马杠扩孔就进行一火次的平端面，直到坯料的尺寸达到设定坯料尺寸范围；
S4：对坯料进行包套处理，使坯料完全被包裹，然后对包裹着包套的坯料进行三段式连续加热；加热过程结束后，取下包套，对坯料进行辗扩，直到环形GH105高温合金锻件成型。
本发明的特点和进一步改进在于：
在步骤S3中，对于每个火次的马杠扩孔，对应的内孔变形量为10%～25%；如果在任一火次的马杠扩孔中，坯料表面没有出现裂纹，则在坯料低于终锻温度后，停止本火次的马杠扩孔；所述终锻温度为990℃～1010℃；然后对坯料进行包套处理，使坯料完全被包裹，对包裹着包套的坯料进行一段式连续加热，在对应的加热过程结束后，取下包套；如果在任一火次的马杠扩孔中，坯料表面出现裂纹，则停止本火次的马杠扩孔，然后去除坯料表面的裂纹，对坯料进行包套处理，使坯料完全被包裹，然后对包裹着包套的坯料进行三段式连续加热，在对应的加热过程结束后，取下包套；对于每个火次的平端面，使平端面后的坯料高度保持为设计的环形GH105高温合金锻件最终高度的105%～110%；在步骤S3中，去除坯料表面的裂纹的过程为：对坯料进行避风冷却，然后对坯料进行吹砂、打磨、倒角，直至去除坯料表面的裂纹。
在步骤S4中，对于每个火次的辗扩，对应的内孔变形量为10%～30%；如果在任一火次的辗扩中，坯料表面没有出现裂纹，则在坯料低于终锻温度后，停止本火次的辗扩，对坯料进行包套处理，使坯料完全被包裹，然后对包裹着包套的坯料进行一段式连续加热，在对应的加热过程结束后，取下包套；如果在任一火次的辗扩中，坯料表面出现裂纹，则停止本火次的辗扩，然后去除坯料表面的裂纹，对坯料进行包套处理，使坯料完全被包裹，然后对包裹着包套的坯料进行三段式连续加热，在对应的加热过程结束后，取下包套；在步骤S4中，去除坯料表面的裂纹的过程为：对坯料进行避风冷却，然后对坯料进行吹砂、打磨、倒角，直至去除坯料表面的裂纹。
在步骤S3和步骤S4中，所述一段式连续加热的过程包括以下步骤：将包套后的坯料置于电炉中，并用耐火砖将包套后的坯料垫起，然后对包套后的坯料进行加热，加热温度为1120℃～1140℃，对应的加热持续时间为当前时刻坯料纵截面最小尺寸和第二设定加热时间系数的乘积，所述第二设定加热时间系数为0.6～1.2min/mm。
在步骤S2、步骤S3和步骤S4中，所述三段式连续加热的过程为：将包套后的坯料置于电炉中，并用耐火砖将包套后的坯料垫起，然后对包套后的坯料进行预热，预热温度为800℃～850℃，对应的预热持续时间为当前时刻坯料纵截面最小尺寸和第一设定加热时间系数的乘积，所述第一设定加热时间系数为0.8～1.6min/mm；然后对包套的坯料进行加热，加热温度为1120℃～1140℃，对应的加热持续时间与所述对应的预热持续时间相等。
在步骤S2、步骤S3和步骤S4中，所述对坯料进行包套处理包括以下步骤：将硅酸铝防火棉包裹坯料。
在步骤S2中，所述在坯料内孔表面进行切削和圆弧倒角包括以下步骤：在坯料内孔表面切削4mm～6mm；在坯料内孔与上下表面棱角处进行圆弧倒角，对应的倒角半径为15mm～20mm。
本发明的有益效果为：对坯料加热过程中用耐火砖将锻件垫起，保证了 坯料受热均匀。通过对坯料加热以及将坯料移送至锻造工作台过程中用硅酸铝包裹，解决了高温合金材料GH105材料锻造温度容易损失的问题。采用平端面、马架扩孔交替的锻造方法，从而保证了锻件端面平整。通过对锻件每火次变形的控制以及对锻造出现裂纹规律的跟踪，保证了环形GH105高温合金锻件质量。
具体实施方式
本发明实施例中，所需环形GH105高温合金锻件尺寸为：φ670±5（外径）×590±5（内径）×51±4mm（高度），该高温合金锻件为壁厚较薄（约30mm）的环形锻件，高度较低（约50mm），高度和厚度之比约为1.67，因此该高温合金锻件不易直接辗扩成型。必须马杠扩孔到一定程度时（保证最终变形量为15%）方可进行辗扩。根据环形GH105高温合金锻件尺寸确定下料规格为：φ365×52mm。本发明实施例中，该环形GH105高温合金锻件对应的终锻温度设定在1010℃～990℃。
将按规格下料的坯料用硅酸铝防火棉作包套处理，硅酸铝防火棉将坯料表面完全封闭，包裹着硅酸铝防火棉的坯料在天然气炉中加热，根据环形GH105的合金相图，在750℃装入电炉，加热时用耐火砖将坯料垫起，保证坯料受热均匀，预热坯料在800℃，保温时间为52mm×1.5min/mm=78min，之后随炉升温至1140℃，保温78min。出炉转移坯料至3吨自由锻设备上，取下硅酸铝防火棉，对坯料进行两面冲孔，冲孔芯料为尺寸φ120mm×35mm。
坯料冲孔端面质量较差，有可见裂纹，将坯料进行避风堆积冷却，冷却后切除内孔表面，切削深度5mm，此时，坯料内径为130mm。内孔与坯料上下表面棱角处进行倒角，倒角半径为15mm。再对坯料表面吹砂、打磨2次，打磨宽深比的设定为1:6。
将坯料（环坯）用硅酸铝防火棉包裹后在天然气炉中加热，750℃装入电 炉，加热时用耐火砖将坯料垫起，保证坯料受热均匀，预热坯料在800℃，保温时间为52mm×1.5min/mm=78min，之后随炉升温至1140℃，保温78min。出炉转移坯料至马杠扩孔设备上，取下硅酸铝防火棉，对坯料进行马杠扩孔（第一火次），当坯料内径扩大20mm时，在低于终锻温度后回炉加热。坯料回炉加热时用硅酸铝防火棉包裹，并且用耐火砖将坯料垫起，不进行预热，在1140℃保温时间为52mm×0.9min/mm=47min。
出炉转移坯料至马杠扩孔设备上，取下硅酸铝防火棉，对坯料进行马杠扩孔（第二火次），当坯料内径扩大25mm时，坯料内孔端面棱角裂纹出现并增大，且外棱角有少量微裂纹，此时，停止本火次的马杠扩孔（本火次结束）。然后将坯料进行避风堆积冷却、吹砂、打磨；通过人工质量检测后，若有棱角裂纹可进行车床倒角，倒角半径为10mm。坯料倒角处切削面仍存在少许裂纹，打磨清理表面裂纹。
将坯料用硅酸铝防火棉包裹后在天然气炉中加热，750℃装入电炉，加热时用耐火砖将坯料垫起，保证坯料受热均匀，预热坯料在800℃，保温时间为57mm×1.5min/mm=85.5min，之后随炉升温至1140℃，保温85.5min。坯料出炉转移坯料至3吨自由锻设备上，取下硅酸铝防火棉，对坯料进行平端面（第三火次），平端面至坯料的高度为55mm；平端面后无可见裂纹，将坯料回炉加热。
坯料回炉加热时用硅酸铝防火棉包裹，并且用耐火砖将坯料垫起，不进行预热，在1140℃保温时间为55mm×0.9min/mm=49.5min。出炉转移坯料至马杠扩孔设备上，取下硅酸铝防火棉，对坯料进行马杠扩孔（第四火次），坯料内径扩大35mm时，坯料内孔端面棱角无可见裂纹，在低于终锻温度回炉。坯料回炉加热时用硅酸铝防火棉包裹，并且用耐火砖将坯料垫起，不进行预热，在1140℃保温时间为55mm×0.9min/mm=49.5min。
出炉转移坯料至马杠扩孔设备上，取下硅酸铝防火棉，对坯料进行马杠扩孔（第五火次），坯料内径扩大35mm时，在坯料表面有可见裂纹，此时， 停止本火次的马杠扩孔（本火次结束）。然后将坯料进行避风堆积冷却，吹砂、打磨经表面质量检查，若有较棱角裂纹可进行车床倒角，对应的倒角半径为10mm。坯料倒角处切削面仍存在少许裂纹，打磨清理表面裂纹，打磨清理表面裂纹后坯料减重约0.5kg。
将坯料用硅酸铝防火棉包裹后在天然气炉中加热，750℃装入电炉，加热时用耐火砖将坯料垫起，保证坯料受热均匀，预热坯料在800℃，保温时间为57mm×1.5min/mm=85.5min，之后随炉升温至1140℃，保温85.5min。坯料出炉转移坯料至3吨自由锻设备上，取下硅酸铝防火棉，对坯料进行平端面（第六火次），平端面至坯料的高度为55mm；平端面后无可见裂纹，将坯料回炉加热。
坯料回炉加热时用硅酸铝防火棉包裹，并且用耐火砖将坯料垫起，不进行预热，在1140℃保温时间为55mm×0.9min/mm=49.5min。出炉转移坯料至马杠扩孔设备上，取下硅酸铝防火棉，对坯料进行马杠扩孔（第七火次），坯料内径扩大30mm，在低于终锻温度后回炉。
坯料回炉加热时用硅酸铝防火棉包裹，并且用耐火砖将坯料垫起，不进行预热，在1140℃保温时间为55mm×0.9min/mm=49.5min。出炉转移坯料至马杠扩孔设备上，取下硅酸铝防火棉，对坯料进行马杠扩孔（第八火次），坯料内径扩大35mm时，坯料内孔端面棱角裂纹增大，且外棱角有少量微裂纹，此时，停止本火次的马杠扩孔（本火次结束）。然后将坯料进行避风堆积冷却，吹砂、打磨经表面质量检查，若有棱角裂纹可进行车床倒角，对应的倒角半径为10mm。坯料倒角处切削面仍存在少许裂纹，打磨清理表面裂纹，打磨清理表面裂纹后坯料减重约0.5kg。
将坯料用硅酸铝防火棉包裹后在天然气炉中加热，750℃装入电炉，加热时用耐火砖将坯料垫起，保证坯料受热均匀，预热坯料在800℃，保温时间为57mm×1.5min/mm=85.5min，之后随炉升温至1140℃，保温85.5min。坯料出炉转移至3吨自由锻设备上，取下硅酸铝防火棉，对坯料进行平端面（第九 火次），平端面至坯料的高度为55mm；平端面后无可见裂纹，将坯料回炉加热。
坯料回炉加热时用硅酸铝防火棉包裹，并且用耐火砖将坯料垫起，不进行预热，在1140℃保温时间为55mm×0.9min/mm=49.5min。出炉转移坯料至马杠扩孔设备上，取下硅酸铝防火棉，对坯料进行马杠扩孔（第十火次），坯料内径扩大30mm，在低于终锻温度后回炉。
坯料回炉加热时用硅酸铝防火棉包裹，并且用耐火砖将坯料垫起，不进行预热，在1140℃保温时间为55mm×0.9min/mm=49.5min。出炉转移坯料至马杠扩孔设备上，取下硅酸铝防火棉，对坯料进行马杠扩孔（第十一火次），坯料内径扩大35mm时，坯料内孔端面棱角出现裂纹并增大，且外棱角有少量微裂纹后，此时，停止本火次的马杠扩孔（本火次结束）。然后将坯料进行避风堆积冷却，吹砂、打磨经表面质量检查，若有较棱角裂纹可进行车床倒角，对应的倒角半径为10mm。坯料倒角处切削面仍存在少许裂纹，打磨清理表面裂纹，打磨时宽深比设定为1:6，减少棱角处应力集中。打磨清理表面裂纹后减重约0.5kg。
将坯料用硅酸铝防火棉包裹后在天然气炉中加热，750℃装入电炉，加热时用耐火砖将坯料垫起，保证坯料受热均匀，预热坯料在800℃，保温时间为57mm×1.5min/mm=85.5min，之后随炉升温至1140℃，保温85.5min。坯料出炉转移坯料至3吨自由锻设备上，取下硅酸铝防火棉，对坯料进行平端面（第十二火次），平端面至坯料的高度为55mm；平端面后无可见裂纹。
此时，坯料最终马杠扩孔尺寸被控制在
可进行辗扩。
将马杠扩孔后的坯料用硅酸铝防火棉包裹后在天然气炉中加热，750℃装入电炉，加热时用耐火砖将坯料垫起，保证坯料受热均匀，预热坯料在800℃，保温时间为52mm×1.5min/mm=78min，之后随炉升温至1140℃，保温78min。出炉转移坯料至辗扩机上，取下硅酸铝防火棉，对坯料进行辗扩，每 火次内孔变形量在30mm至85mm之间，共三火次。本发明实施例中，还可以使最后一火次内孔变形量为70mm。最后得到的实际锻件尺寸为φ678mm×582mm×54mm。
在辗扩中，若锻件出现翘曲或高度上涨较大，则需要停锻。停锻后，将坯料进行避风堆积冷却，吹砂、打磨经表面质量检查，若有较棱角裂纹可进行倒角，对应的倒角半径为10mm。坯料倒角处切削面仍存在少许裂纹，打磨清理表面裂纹。
再将坯料用硅酸铝防火棉包裹后在天然气炉中加热，750℃装入电炉，加热时用耐火砖将坯料垫起，保证坯料受热均匀，预热坯料在800℃，保温时间为52mm×1.5min/mm=78min，之后随炉升温至1140℃，保温78min。坯料出炉转移坯料至3吨自由锻设备上，取下硅酸铝防火棉，对坯料进行平端面锻打，平端面至坯料的高度为
按照锻件技术要求条件QJ/4GC-26-2002锻件的验收标准进行热处理和最终锻件粗加工，然后进行探伤，按标准HB/Z59-1997的A级检查合格，尺寸及表面质量、硬度均满足图纸要求。
本发明的一种环形GH105高温合金锻件的锻造方法的实际生产火次为15次。其中马架扩孔占用8火次，平端面占用4火次，最后辗扩占用3火次，
也就是马扩2火后平端面1火交替进行，马架扩孔每火的内孔变形量在25mm～35mm之间，辗扩每火内孔变形量为30mm～80mm，锤上平端面每火次坯料高度变形量为5mm。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种环形GH105高温合金锻件的锻造方法，包括以下步骤：S1：按照环形GH105高温合金的零件图设计对应的锻件图，按照所述锻件图确定下料规格和下料长度，其特征在于，还包括以下步骤：
S2：对坯料进行包套处理，使坯料完全被包裹；对包裹着包套的坯料进行三段式连续加热；加热过程结束后，取下包套，然后对坯料进行冲孔；然后对坯料进行避风冷却，在坯料内孔表面进行切削和圆弧倒角；再对坯料表面进行吹砂、打磨；
S3：对坯料进行包套处理，使坯料完全被包裹；然后对包裹着包套的坯料进行三段式连续加热；加热过程结束后，取下包套，对坯料交替进行马杠扩孔和平端面，每进行两火次的马杠扩孔就进行一火次的平端面，直到坯料的尺寸达到设定坯料尺寸范围；
S4：对坯料进行包套处理，使坯料完全被包裹，然后对包裹着包套的坯料进行三段式连续加热；加热过程结束后，取下包套，对坯料进行辗扩，直到环形GH105高温合金锻件成型。
2.如权利要求1所述的一种环形GH105高温合金锻件的锻造方法，其特征在于，在步骤S3中，对于每个火次的马杠扩孔，对应的内孔变形量为10%～25%；如果在任一火次的马杠扩孔中，坯料表面没有出现裂纹，则在坯料低于终锻温度后，停止本火次的马杠扩孔；所述终锻温度为990℃～1010℃；然后对坯料进行包套处理，使坯料完全被包裹，对包裹着包套的坯料进行一段式连续加热，在对应的加热过程结束后，取下包套；如果在任一火次的马杠扩孔中，坯料表面出现裂纹，则停止本火次的马杠扩孔，然后去除坯料表面的裂纹，对坯料进行包套处理，使坯料完全被包裹，然后对包裹着包套的坯料进行三段式连续加热，在对应的加热过程结束后，取下包套；对于每个火次的平端面，使平端面后的坯料高度保持为设计的环形GH105高温合金锻件最终高度的105%～110%；
在步骤S4中，对于每个火次的辗扩，对应的内孔变形量为10%～30%；如果在任一火次的辗扩中，坯料表面没有出现裂纹，则在坯料低于终锻温度后，停止本火次的辗扩，对坯料进行包套处理，使坯料完全被包裹，然后对包裹着包套的坯料进行一段式连续加热，在对应的加热过程结束后，取下包套；如果在任一火次的辗扩中，坯料表面出现裂纹，则停止本火次的辗扩，然后去除坯料表面的裂纹，对坯料进行包套处理，使坯料完全被包裹，然后对包裹着包套的坯料进行三段式连续加热，在对应的加热过程结束后，取下包套；
在步骤S3和步骤S4中，去除坯料表面的裂纹的过程为：对坯料进行避风冷却，然后对坯料进行吹砂、打磨、倒角，直至去除坯料表面的裂纹。
3.如权利要求2所述的一种环形GH105高温合金锻件的锻造方法，其特征在于，在步骤S3和步骤S4中，所述一段式连续加热的过程包括以下步骤：将包套后的坯料置于电炉中，并用耐火砖将包套后的坯料垫起，然后对包套后的坯料进行加热，加热温度为1120℃～1140℃，对应的加热持续时间为当前时刻坯料纵截面最小尺寸和第二设定加热时间系数的乘积，所述第二设定加热时间系数为0.6～1.2min/mm。
4.如权利要求1或2所述的一种环形GH105高温合金锻件的锻造方法，其特征在于，在步骤S2、步骤S3和步骤S4中，所述三段式连续加热的过程为：将包套后的坯料置于电炉中，并用耐火砖将包套后的坯料垫起，然后对包套后的坯料进行预热，预热温度为800℃～850℃，对应的预热持续时间为当前时刻坯料纵截面最小尺寸和第一设定加热时间系数的乘积，所述第一设定加热时间系数为0.8～1.6min/mm；然后对包套的坯料进行加热，加热温度为1120℃～1140℃，对应的加热持续时间与所述对应的预热持续时间相等。
5.如权利要求1或2所述的一种环形GH105高温合金锻件的锻造方法，其特征在于，在步骤S2、步骤S3和步骤S4中，所述对坯料进行包套处理包括以下步骤：将硅酸铝防火棉包裹坯料。
6.如权利要求1所述的一种环形GH105高温合金锻件的锻造方法，其特征在于，在步骤S2中，所述在坯料内孔表面进行切削和圆弧倒角包括以下步骤：在坯料内孔表面切削4mm～6mm；在坯料内孔与上下表面棱角处进行圆弧倒角，对应的倒角半径为15mm～20mm。
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