CN104148550B - 铁基高温合金矩形环坯轧制成形为异形薄壁环件的方法 - Google Patents

铁基高温合金矩形环坯轧制成形为异形薄壁环件的方法 Download PDF

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Abstract

<b>本发明公开了一种铁基</b><b>高温合金矩形环坯轧制成形为异形薄壁环件的方法</b><b>。为使轧制过程能够连续、稳定地进行,本发明提出了一种芯辊的合理进给方式,并且根据铁基高温合金异形薄壁环件的形状及尺寸反推设计铁基高温合金矩形环坯,从而实现铁基高温合金矩形环坯轧制成形为异形薄壁环件</b><b>。这种轧制方法主要用于航空、航天、工业机械等领域的铁基高温合金异形薄壁环件的成形。</b>

Description

铁基高温合金矩形环巧扎制成形为异形薄壁环件的方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种环件的社制成形方法,特别是设及了铁基高溫合金矩形环巧社制 成形为异形薄壁环件的方法。
背景技术
[0002] 随着环社技术越来越成熟,环件的设计越来越精细化,异形薄壁环件也随之产生。 运种异形薄壁环件的形状及尺寸更接近零件的形状及尺寸,能够较大限度的减少机械加工 余量,从而减少机械加工对环件的锻造流线的破坏,节省大量贵重金属材料,提高材料利用 率。
[000引 2008年10月8日公开的中国发明专利说明书CN101279346A公开了一种儀基高 溫合金异形环件的無社成形方法,该方法把按规格下料的儀基高溫合金棒料经鐵粗、冲孔、 两次社环制巧、再把巧料装进社环机無社模具内無社成形,通过在连续两次社环制巧过程 中采取小变形量成形的方式和在各工艺步骤中控制准确的变形量,社制出了组织和性能良 好的异形环件。对于壁厚较薄的异形环件采用上述方法生产时,由于巧料的设计不合理或 社制参数(如忍漉的进给速度等)控制不当都会影响社制过程不能顺利完成,会出现断断 续续的社制现象,严重影响环件的质量。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种忍漉的合理进给方式,并且根据铁基高溫合 金异形薄壁环件的形状及尺寸反推设计铁基高溫合金矩形环巧,从而实现铁基高溫合金矩 形环巧社制成形为异形薄壁环件,该方法使社制过程能够连续、稳定地进行。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明所述铁基高溫合金矩形环巧社制成形为异形薄壁环 件的方法,其技术方案包括W下步骤:
[0006] 把按规格下料的铁基高溫合金棒材加热到1020°C~1080°C的锻造溫度,经鐵粗、 冲孔后,预社成矩形环巧;
[0007] 所述矩形环巧的尺寸按照W下方式设计:
[0008] ①矩形环巧的高度为:
[0009] Hi = Η 2
[0010] 其中:Hi为矩形环巧的高度
[0011] &为异形薄壁环件的高度
[0012] ②矩形环巧的内径为:
[0013]
Figure CN104148550BD00031
[0014] 其中:d为矩形环巧的内径
[0015]k为社制比,取1. 2~2. 0
[0016]cLx为异形薄壁环件的最大内径
[0017] cL。为异形薄壁环件的最小内径
[001引 ΔΗ为忍漉的总进给量
[0019] ③根据体积相等原则可获得矩形环巧的外径;
[0020] 将矩形环巧重新加热到锻造溫度后,装入社环机;启动社环机,将社环机的主漉转 速调至1. 5rad/s,锥漉转速调至1.化ad/s;锥漉主要起限制环件沿轴向攀升和平整端面的 作用;W480KN~4000KN的社制力将忍漉的进给速度从1. 6mm/s逐渐增大至2. 8mm/s,使矩 形环巧与忍漉连续转动,并使矩形环巧不断被咬入异形型腔中,从而保证了后续社制过程 能够连续、平稳地进行;当社制过程趋于稳定的时候,将忍漉的进给速度控制在2. 8mm/s不 变,金属材料主要沿轴向、径向流动,使异形型腔被不断的填充,矩形环巧逐渐成形为异形 中间巧,而异形中间巧的外径在运过程中几乎没有变化;当异形型腔被填充至一定程度时, 将忍漉的进给速度从2. 8mm/s逐渐减小至0. 4mm/s;金属材料主要沿异形中间巧的切线方 向流动,使异形中间巧迅速长大,主要表现在异形中间巧的内、外径增大、壁厚减小;当异形 中间巧的外径达到了要求尺寸时,继续减小忍漉的进给速度;消除异形薄壁环件楠圆度,完 成异形薄壁环件的校圆,并且继续填充型腔未被填满的尖角处,从而获得形状、尺寸合格的 异形薄壁环件。
[0021] 与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
[0022] 本发明所述的铁基高溫合金矩形环巧社制成形为异形薄壁环件的方法,通过对社 制各阶段中忍漉进给速度的合理控制,使社制过程能持续、稳定地进行。首先将忍漉的进给 速度从1. 6mm/s逐渐增大至2. 8mm/s,并保持进给速度为2. 8mm/s不变,再从2. 8mm/s逐渐 减小至0. 4mm/s后,并继续减小忍漉的进给速度,直至铁基高溫合金异形薄壁环件停止转 动。运种忍漉的进给方式的主要优点在于,当忍漉的进给速度在1. 6mm/s~2. 8mm/s之间 时,能够保证铁基高溫合金矩形环巧被不断地咬入社制孔型中;当忍漉的进给速度达到最 大2. 8mm/s时,开始填充社制孔型;当社制孔型被填充到一定程度时铁基高溫合金异形薄 壁环件开始长大,运时需要减小忍漉的进给速度来保证铁基高溫合金异形薄壁环件的最终 尺寸;当忍漉的进给速度小于0. 4mm/s时,铁基高溫合金异形薄壁环件不再增大,该过程主 要是消除异形薄壁环件楠圆度,完成异形薄壁环件的校圆,并且继续填充社制孔型中未被 填满的尖角处,从而获得形状、尺寸合格的异形薄壁环件。忍漉的总进给量(δη)为W上 各社制阶段中忍漉的进给总和。
[0023] 所述铁基高溫合金矩形环巧的内径(d)是根据所需社制成形的铁基高溫合金异 形薄壁环件的最大内径(dmJ、最小内径化JW及社制比似和忍漉的总进给量(ΔΗ) 来计算确定;铁基高溫合金矩形环巧的高度和铁基高溫合金异形薄壁环件相同;铁基高溫 合金矩形环巧的外径可W通过社制前后体积相同的原则来计算确定。运种巧料设计方法能 够使铁基高溫合金矩形环巧在社制成形时,铁基高溫合金材料可W向环件的轴向、径向W 及沿环件的切线方向流动,从而获得组织性能优良的铁基高溫合金异形薄壁环件,同时能 满足异型环件轴向流动的体积补偿,保证异型环件社制时不出现社制孔型填充不满或是填 充满了但外径尺寸达不到要求等流动缺陷或过程缺陷。
[0024]W牌号为GH907的铁基高溫合金为例:
[00巧]经检测该合金异形薄壁环件的尺寸精度,达到了外径的3%。(千分之Ξ)。
[0026]经检测该合金异形薄壁环件的室溫拉伸性能,其抗拉强度为1150MPa~ 1190MPa(大于设计使用要求的1035MPa),伸长率为0. 2 %时的屈服强度为825MPa~ 905MPa(大于设计使用要求的725MPa),断后伸长率为13%~15% (大于设计使用要求的 5% ),断面收缩率为11 %~13. 5% (大于设计使用要求的7. 5% )。
[0027] 经检测该合金异形薄壁环件540°C的高溫拉伸性能,其抗拉强度为1030MPa~ 1040MPa(大于设计使用要求的825MPa),伸长率为0. 2 %时的屈服强度为650MPa~ 655MPa(大于设计使用要求的585MPa),断后伸长率为16% (大于设计使用要求的12% ), 断面收缩率为30%~31% (大于设计使用要求的30% )。
[0028]经检测该合金异形薄壁环件的持久性能,该合金锻件在试验溫度为540°C、试验应 力为825MPa、持续时间在121小时内未断(大于设计使用要求的60小时)。
附图说明
[0029] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
[0030] 图1是矩形环巧示意图;
[0031] 图2是咬入时的社制状态示意图;
[0032] 图3是社制孔型被填充时的材料流动状态示意图;
[0033] 图4是社制孔型被填充时的社制状态示意图;
[0034] 图5是环件增大时的材料流动状态不意图;
[0035] 图6是环件增大时的社制状态示意图;
[0036] 图7是异形薄壁环件示意图。
具体实施方式
[0037] 实施本发明所述的铁基高溫合金矩形环巧社制成形为异形薄壁环件的方法需要 提供锻造加热炉、压力机、社环机、机械手等设备。下面W牌号为GH907的铁基高溫合金为 例来详细说明该方法的具体实施方式:
[0038] 该合金的主要化学元素含量(重量百分比)为:含C量《0.06 %、含Si量 0. 07%~0. 35%、含Ni量 35. 0%~40. 0%、含Co量 12. 0%~16. 0%、含佩巧a量 4. 3%~ 5. 2%、含Ti量 1. 3%~1. 8%、含Cr量《1. 00%、含A1 量《0. 20%、含Μη量《1. 00%、含 〇1量《0.50%、含6量《0.012%、含8量《0.015%、含?量《0.015%、余量为化。
[0039] 本方法的步骤如下:
[0040] 1、设计矩形环巧1
[0041] 按照W下方式计算矩形巧料尺寸:
[0042] (1)矩形环巧1的高度为:
[0043] Ηι=Η2;
[0044] 其中:Hi为矩形环巧1的高度;
[0045] &为异形薄壁环件3的高度。
[0046] 似矩形环巧1的内径为:
[0047]
Figure CN104148550BD00051
[0048] 其中:d为矩形环巧1的内径;
[004引k为社制比,取1. 2~2.0 ;
[0050]cU为异形薄壁环件3的最大内径;
[0051]屯1。为异形薄壁环件3的最小内径;
[0052] Δ Η为忍漉5的总进给量。
[0053] (3)根据体积相等原则,即铁基高溫合金矩形环巧1与铁基高溫合金异形薄壁环 件3的体积相等,可获得矩形环巧1的外径D。
[0054] 2、制巧
[0055] 把按规格下料的GH907棒材加热到1020°C~1080°C的锻造溫度,经鐵粗、冲孔后, 再按照上述计算所得尺寸,预社成矩形环巧1。
[0056] 3、社制
[0057] 将矩形环巧1重新加热到锻造溫度后,装入社环机。启动社环机,将社环机的主漉 4的转速调至1. 5rad/s,锥漉转速调至1.化ad/s。锥漉主要起限制环件沿轴向上往上攀升 和平整端面的作用。
[00则 (1)社制咬入阶段。W480KN~4000KN的社制力将忍漉5的进给速度从1. 6mm/ S逐渐增大至2. 8mm/s,如图2所示,由于主漉4的转动及忍漉5径向进给运动,驱动矩形环 巧1与忍漉5连续转动,并使矩形环巧1不断被咬入社制孔型中,从而保证了后续社制过程 能够连续、平稳地进行。
[0059] (2)社制孔型填充阶段。当社制过程趋于稳定时,将忍漉5的进给速度控制2. 8mm/ S不变。金属材料主要沿轴向、径向流动,如图3所示。使社制孔型被不断的填充,矩形环巧 1的逐渐成形为异形中间巧2,而异形中间巧2的外径与矩形环巧1相比几乎没有变化,如 图4所示。
[0060] (3)环件的增大阶段。当社制孔型被填充至一定程度时,将忍漉5的进给速度从 2. 8mm/s逐渐减小至0. 4mm/s。金属材料主要沿异形中间巧2的切线方向流动,如图5所示。 此时,异形中间巧2迅速长大,主要表现在内、外径增大、壁厚减小,如图6所示。
[006。 (4)校圆、整形阶段。当异形中间巧2的外径达到了要求尺寸时,继续减小忍漉的 进给速度。消除异形薄壁环件3的楠圆度,完成异形薄壁环件3的校圆,并且继续填充社制 孔型中未被填满的尖角处。从而获得形状、尺寸合格的GH907异形薄壁环件3,如图7所示。 [0062] 采用上述方法生产的GH907异形薄壁环件,其最大高厚比能达到20 :1。

Claims (1)

1. 一种铁基高溫合金矩形环巧社制成形为异形薄壁环件的方法,其特征在于,包括W下步骤: 把按规格下料的铁基高溫合金棒材加热到1020°c~1080°C的锻造溫度,经鐵粗、冲孔 后,预社成矩形环巧; 所述矩形环巧的尺寸按照W下方式设计: ① 矩形环巧的高度为: Hi=H2 其中:Hi为矩形环巧的高度 &为异形薄壁环件的高度 ② 矩形环巧的内径为:
Figure CN104148550BC00021
其中:d为矩形环巧的内径k为社制比,取1.2~2.0 dm。、为异形薄壁环件的最大内径 dmm为异形薄壁环件的最小内径 ΔΗ为忍漉的总进给量 ③ 根据体积相等原则可获得矩形环巧的外径; 将矩形环巧重新加热到锻造溫度后,装入社环机;启动社环机,将社环机的主漉转速 调至1. 5rad/s,锥漉转速调至1.化ad/s;锥漉主要起限制环件沿轴向攀升和平整端面的作 用;W480KN~4000KN的社制力将忍漉的进给速度从1. 6mm/s逐渐增大至2. 8mm/s,使矩 形环巧与忍漉连续转动,并使矩形环巧不断被咬入异形型腔中,从而保证了后续社制过程 能够连续、平稳地进行;当社制过程趋于稳定的时候,将忍漉的进给速度控制在2. 8mm/s不 变,金属材料主要沿轴向、径向流动,使异形型腔被不断的填充,矩形环巧逐渐成形为异形 中间巧,而异形中间巧的外径在运过程中几乎没有变化;当异形型腔被填充至一定程度时, 将忍漉的进给速度从2. 8mm/s逐渐减小至0. 4mm/s;金属材料主要沿异形中间巧的切线方 向流动,使异形中间巧迅速长大,主要表现在异形中间巧的内、外径增大、壁厚减小;当异形 中间巧的外径达到了要求尺寸时,继续减小忍漉的进给速度;消除异形薄壁环件楠圆度,完 成异形薄壁环件的校圆,并且继续填充型腔未被填满的尖角处,从而获得形状、尺寸合格的 异形薄壁环件。
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