CN104593702B - 难变形高温合金挤压方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种难变形高温合金挤压方法，涉及金属挤压成型技术领域。本发明主要包括下述步骤：（1）坯料制备，制作封闭的密封套，把难变形高温合金或粉末冶金高温合金置于密封套内并抽真空：（2）按制定的加热曲线进行加热，变形高温合金或粉末冶金高温合金加热要求加热平缓，防止过度快热；（3）润滑剂选择，热挤压通常按密封套的材料选择玻璃粉类型；（4）模具的优化，选择一体式挤压模；（5）挤压速度的选择：尽可能选择速度平缓情况进行；（6）挤压产品处理。本发明能够有效改善生产成型困难的工艺难点，提高产品的成型率。

Description

难变形高温合金挤压方法
技术领域
本发明涉及金属挤压成型技术领域，特别是一种难变形高温合金挤压方法。
背景技术
难变形高温合金的合金化程度很高，高温强化相很多，变形抗力很大，导热性能差，塑性较低，热加工温度范围窄，而用传统的变形工艺，一直存在诸如裂纹、开裂、竹节、难以成型等问题，成品率低，难以顺利进行热加工。因此难变形高温合金的生产一直是困扰我国难变形高温合金行业的绊脚石，阻碍国防建设和国民经济建设的发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种难变形高温合金挤压方法，能够有效改善生产成型困难的工艺难点，提高产品的成型率。
本发明所采取的技术方案为：一种难变形高温合金挤压方法，主要包括以下步骤：
（1）坯料制备：即制作封闭的密封套：密封套包括套筒和置于套筒两端的前垫和后垫，密封套材料为普碳钢、低合金钢、不锈钢均可；难变形高温合金置于密封套内，前垫和后垫与套筒之间设置坡口便于满焊，在前垫留有气孔，通过气孔把密封套内部抽真空，然后气孔封焊；套筒厚度h1根据成品长度及挤压比来决定，后垫的厚度h2根据挤压比和压余并考虑设备特征设置，套筒外径D根据工艺要求并配合扩孔筒或挤压筒的内径尺寸确定；
（2）按照加热曲线加热：加热曲线制定为：难变形高温合金要求加热平缓，防止过度快热，按照内装合金的加热曲线加热，在在脆性区间最低温度点高0-500℃进行保温，然后升温至高温易变形区温度，保温，确保坯料加热均匀，且不会软化，使坯料在进入挤压机时达到最佳的变形温度；
（3）密封套外涂覆玻璃粉润滑剂：选择玻璃粉润滑剂，热挤压润滑剂根据密封套的材料选择，因难变形高温合金挤压温度高于密封套材料的温度，故作为难变形高温合金挤压过程中润滑剂的玻璃粉的粘稠度要高于所选密封套材料在常规使用时作为润滑剂的玻璃粉的粘稠度；
（4）挤压成型；挤压速度要求平缓，根据难变形高温合金材料的不同，选择挤压速度，确保挤压速度曲线平缓，实现等温挤压过程；
（5）挤压产品处理：去除外层包覆的密封套。
在坯料制备中的焊接采用氩弧焊打底然后满焊，焊接部位打磨光滑，实现圆滑过渡；套筒为无缝钢管；套筒厚度h1为0.5-20mm,为保证挤压产品长度，前垫h3为10-500mm,后垫厚度h2为10-500mm，保证挤压产品锯切后时不会切掉内层的难变形高温合金。
加热曲线，在脆性区间最低温度点高0-500℃进行保温0.5-20h, 保温时间根据坯料规格决定；在高温易变形区，保温0.5-5h,确保坯料加热均匀；对于在坯料进入挤压机时温降过快的，可以采用感应炉适当提温。
作为难变形高温合金挤压过程中润滑剂的玻璃粉的粘稠度，要高于所选套筒材料在常规使用时作为润滑剂的玻璃粉的粘稠度0-70%。
在挤压成型中对挤压模具进行优化，挤压模选择锥模，且锥模与模座之间不能有间隙，避免在挤压过程中因间隙导致包套破裂，影响产品质量，其中H1为定径带宽度，为3-30mm；H2为挤压模尾厚度，为5-50mm；d1为设计挤压模内径尺寸；d2为挤压模尾部孔径， d2等于d1加5-30mm；D1、D2为挤压模外径，与挤压模座配合使用；RX挤压模倒圆，根据挤压模尺寸规格决定，为R3-R30mm，规格越大，RX越大；a锥角角度，为60-150°。
挤压比根据材料的密实度选择，一般难变形高温合金挤压比≥4，粉末类难变形高温合金挤压比≥8。
在挤压成型中，挤压速度选择100-200mm/s之间，对于温降高于30℃/s，速度低于120mm/s，采用加速挤压模式。
挤压产品的处理采用酸洗或内外修磨。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过此挤压方法将变形高温合金和粉末冶金高温合金等难加工材料顺利挤压成型，避免了其常规成型过程中产生裂纹，有效提高了难变形高温合金和粉末冶金高温合金成型率和内外表面产品质量及综合成材率，为以后高温合金和粉末合金成型提供了有利保障。
附图说明
图1是本发明坯料的结构示意图；
图2是本发明挤压模的结构示意图；
图3是本发明的加热曲线图；
图中：1、套筒；2、合金；3、后垫；4、前垫。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
采用本发明的挤压方法，能将变形高温合金和粉末冶金高温合金等难加工材料顺利挤压成型，避免常规成型过程中产生裂纹，有效提高变形高温合金和粉末冶金高温合金成型率和内外表面产品质量及综合成材率，为以后高变形高温合金和粉末冶金高温合金成型提供了有利保障。
工艺流程为：
制坯→涂防氧化涂料→低温烘干→按照加热曲线加热→玻璃润滑→挤压成型→矫直→去除外层包覆→探伤→包装入库。
难变形高温合金的种类很多，如GH2907、GH4141、GH4133B、GH3536、GH4169等多种，下面以GH4169钢种为例，详细说明挤压的制备方法。GH4169为镍基难变形高温合金，主要应用于宇航、石油工业及挤压模具中，制造各种形状复杂的零部件。制作步骤如下：
第一步，坯料制备：参见图1，采用Φ245×860mm的套筒1，制作封闭的密封套：密封套包括套筒1和置于套筒1两端的前垫4和后垫3，密封套材料为普碳钢、低合金钢、不锈钢均可；难变形高温合金置于密封套内，前垫4和后垫3与套筒1之间设置坡口便于满焊，在前垫4留有气孔，通过气孔把密封套内部抽真空，然后气孔封焊；套筒1厚度h1根据成品长度及挤压比来决定，后垫3的厚度h2根据挤压比和压余并考虑设备特征设置，套筒1外径D根据工艺要求并配合扩孔筒或挤压筒的内径尺寸确定；在坯料制备中的焊接采用氩弧焊打底然后满焊，焊接部位打磨光滑，实现圆滑过渡；套筒1为无缝钢管；套筒1厚度h1为0.5-20mm,为保证挤压产品长度，前垫4的厚度h3为10-500mm, 后垫3厚度h2为10-500mm，保证挤压产品锯切时不会切掉内层的难变形高温合金；
第二步，先对坯料清洗干净，去除坯料表面油污和杂质, 涂防氧化涂料并低温烘干，要求按管号信息排序烘干后装炉；
第三步，按照加热曲线加热，参见图3，其中横坐标S表示时间，纵坐标T为温度，电炉预热，低温入炉，温度≤600℃，随炉升温至800±10℃，保温2h-2.5h，随炉升温至1080±10℃，保温时间≥2h，确保坯料加热均匀，且不会过软化，使坯料在进入挤压机时达到最佳的变形温度；对于在坯料进入挤压机时温降过快的，可以采用感应炉进行二次感应加热，感应加热1070-1100℃；
第四步，润滑，密封套外涂玻璃粉润滑剂，热挤压润滑剂根据密封套的材料选择，因难变形高温合金挤压温度高于密封套材料的温度，玻璃粉作为难变形高温合金挤压过程中使用的润滑剂，其粘稠度要高于普碳钢、低合金钢、不锈钢在常规使用时的0-70%，此处的常规使用是在通常情况下，不同材料所对应的不同粘稠度的玻璃粉；
第五步，挤压成型，参见图2所示，挤压模内径d1为108.5mm，锥模的锥角α=120°；挤压比5.9,挤压力20-36MN，挤压速度150-180mm/s,压余20mm,挤压成型后产品的长度在4300-4600mm之间；
第六步，冷却后矫直；
第七步，去除外层包覆，酸洗或内外修磨；
第八步，探伤检测；
第九步，成品入库，核对管号批号，产品的外径在103.5-106.5mm之间,长度为4300-4600mm，表面光洁无明显缺陷。
其中，由于难变形高温合金不同，对应的加热曲线也不相同，其脆性区间也不同，本文中的在脆性区间最低温度点高0-500℃进行保温0.5-20h, 是要高于对应难变形高温合金的脆性区间的下限温度值度0-500℃，即保温的温度区间为脆性区间的下限温度至下限温度加500℃，因为是难变形高温合金，本发明采用的保温的温度要高于脆性区间下限温度，以实现本发明的目的。

Claims (7)

1.一种难变形高温合金挤压方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
坯料制备：即制作封闭的密封套：密封套包括套筒（1）和置于套筒（1）两端的前垫（4）和后垫（3），密封套材料为普碳钢、低合金钢、不锈钢均可；难变形高温合金置于密封套内，前垫（4）和后垫（3）与套筒（1）之间设置坡口便于满焊，在前垫（4）留有气孔，通过气孔把密封套内部抽真空，然后气孔封焊；套筒（1）的厚度h1根据成品长度及挤压比来决定，后垫（3）的厚度h2根据挤压比和压余并考虑设备特征设置，套筒（1）外径D根据工艺要求并配合扩孔筒或挤压筒的内径尺寸确定；
（2）按照加热曲线加热：加热曲线制定为：难变形高温合金要求加热平缓，防止过度快热，依照内装难变形高温合金的加热曲线加热，在脆性区间的最低温度点高0-500℃进行保温，确保坯料导热性好，析出相少，组织转变实现塑形最佳，然后升温至易变形区温度，保温，确保坯料加热均匀，且不会软化，使坯料在进入挤压机时达到最佳的变形温度；
（3）密封套外涂覆玻璃粉润滑剂：选择玻璃粉润滑剂，热挤压润滑剂根据密封套的材料选择，因难变形高温合金挤压温度高于密封套材料的温度，故作为难变形高温合金挤压过程中润滑剂的玻璃粉的粘稠度要高于所选密封套材料在常规使用时作为润滑剂的玻璃粉的粘稠度；
（4）挤压成型；挤压速度要求平缓，根据难变形高温合金材料的不同，选择挤压速度，确保挤压速度曲线平缓，实现等温挤压过程；
（5）挤压产品处理：去除外层包覆的密封套；
在坯料制备中的焊接采用氩弧焊打底然后满焊，焊接部位打磨光滑，实现圆滑过渡；套筒（1）为无缝钢管；套筒（1）厚度h1为0.5-20mm,为保证挤压产品长度，前垫（4）的厚度h3为10-500mm, 后垫（3）厚度h2为10-500mm，以保证挤压产品锯切时不会切掉内层的难变形高温合金。
2.根据权利要求1所述的难变形高温合金挤压方法，其特征在于，加热曲线，在脆性区间最低温度点高0-500℃进行保温0.5-20h, 保温时间根据坯料规格决定；在高温易变形区温度，保温0.5-5h,确保坯料加热均匀；对于在坯料进入挤压机时温降过快的，可以采用感应炉适当提温。
3.根据权利要求1所述的难变形高温合金挤压方法，其特征在于，作为难变形高温合金挤压过程中润滑剂的玻璃粉的粘稠度，要高于所选密封套材料在常规使用时作为润滑剂的玻璃粉的粘稠度0-70%。
4.根据权利要求1所述的难变形高温合金挤压方法，其特征在于，在挤压成型中对挤压模具进行优化，挤压模选择锥模，且锥模与模座之间不能有间隙，避免在挤压过程中因间隙导致包套破裂，影响产品质量，其中H1为定径带宽度，为3-30mm；H2为挤压模尾厚度，为5-50mm；d1为设计挤压模内径尺寸；d2为挤压模尾部孔径， d2等于d1加5-30mm；D1、D2为挤压模外径，与挤压模座配合使用；RX挤压模倒圆，根据挤压模尺寸规格决定，为R3-R30mm，规格越大，RX越大；a锥角角度，为60-150°。
5.根据权利要求1所述的难变形高温合金挤压方法，其特征在于，挤压比根据材料的密实度选择，一般的难变形高温合金挤压比≥4，粉末类难变形高温合金挤压比≥8。
6.根据权利要求1所述的难变形高温合金挤压方法，其特征在于，在挤压成型中，挤压速度选择100-200mm/s之间，对于温降高于30℃/s，速度低于120mm/s，采用加速挤压模式。
7.根据权利要求1所述的难变形高温合金挤压方法，其特征在于，挤压产品的处理采用酸洗或内外修磨。
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