CN105177478B - 一种gh4738高温合金大型铸锭开坯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种GH4738高温合金大型铸锭开坯方法，该方法将经过均匀化后的合金钢锭，经过多次镦拔锻造开坯以获得均匀细小晶粒的棒坯，从而满足大尺寸合金锻件的细晶组织均匀性控制要求。在控制锻造开坯过程中，应严格控制开坯温度、变形量及变形速度，反复镦拔开坯，并采用玻璃润滑剂及包套保温方式进行锻造，最终获得均匀细晶组织棒坯。本发明可应用于GH4738镍基高温合金大尺寸铸锭的开坯锻造以生产细晶棒坯。
Description
技术领域
本发明涉及冶金行业镍基变形高温合金的热加工开坯方法，尤其是一种GH4738高温合金大型铸锭开坯方法。
背景技术
Waspaloy合金(我国称GH864合金或GH4738合金)是Special Metal公司于1952年在New Hartford第一次利用真空冶炼方法研制成功的高温合金，主要装备于美国普惠(PWA-Pratt&Whitney)航空发动机公司J48型航空发动机涡轮叶片上；在六十年代，美国选用该合金代替铁基及铁镍基高温合金，制成800℃以下稳定使用的涡轮盘，并装机于波音727和波音747发动机。GH864合金具有良好的强韧化匹配，在760℃以下具有高的拉伸和持久强度，在870℃以下具有良好的抗氧化性能，广泛装备于航空航天、石油化工领域设备以及各种热端部件，如燃气/烟气轮机涡轮盘、环形件、叶片及紧固件等。
虽然该合金自发明至今已有50多年的研究和生产历史，但目前在大型涡轮盘实际锻造生产过程中仍存在诸多问题，其一，涡轮盘虽然可以制备生产，但是其内部显微组织情况并不能进行精确控制与预测；其二、涡轮盘锻造过程中，往往容易在盘件表面产生大量异常长大的晶粒及混晶现象；其三、热处理制度与强化相之间的关联规律以及其所导致的力学性能波动问题还需要深入系统的研究。
在高温合金生产过程中，热加工链下游的锻造过程利用再结晶细化晶粒的可控程度有限。考虑整个热加工过程的组织遗传性，热加工链上游的晶粒对后续晶粒遗传影响显著。因此，均匀化后的开坯过程则是通过再结晶细化晶粒的第一个环节，即开坯是连接铸锭与锻件的关键工序，在整个变形高温合金生产流程中起到承上启下的作用。而在开坯过程中，容易出现严重的棒坯开裂及锻造晶粒过大等问题。如何获得具备均匀细小的晶粒组织的棒料，一直为工业界努力的目标。
故而，针对GH4738合金大型涡轮盘进行组织精确控制，必须获得优质的开坯晶粒组织，以便为后续加工奠定良好基础。所以，本发明将围绕该合金涡轮盘铸锭开坯锻造问题提出了开坯方法。目前，常用的传统开坯工艺较多，如挤压开坯、多次镦粗/拔、连铸连轧及轧制等工艺，但是适合于超大锭型铸锭细晶开坯的工艺很少，即使可用铸锭开坯的参数控制也较为困难。使用本发明工艺参数方法，开坯锻造后的铸锭棒坯组织将明显获得改善，可为进一步锻件生产提供良好的原材料保证。
发明内容
针对难变形镍基高温合金GH4738大铸锭开坯容易出现开裂及组织不均现象，保证后续锻件可获得均匀细小的晶粒锻件，本发明的目的是要解决一种GH4738镍基高温合金大型铸锭开坯方法问题，能有效解决后续锻件晶粒组织混晶严重及性能不稳定等问题，最大限度地控制合金性能的稳定性。
本发明的技术方案是：一种GH4738高温合金大型铸锭开坯方法，该工艺中控制的具体步骤包括：
步骤1：将均匀化后的合金铸锭放入热处理炉中进行加热并保温，备用；
步骤2：将步骤1处理后合金钢锭进行首次镦粗处理以获得第一次饼坯，再把所述一次饼坯拔长得到二次棒材；
步骤3：将经步骤2处理得到二次棒材经行加热处理，进行再次镦粗得到二次饼坯，再把该二次饼坯抜长获得到三次棒材，即可获得均匀细晶棒坯。
进一步，所述步骤1中的所述合金铸锭尺寸为Φ500-1100 mm；所述加热温度为1160 ~ 1180℃。
进一步，所述步骤2中首次镦粗处理工艺为：以0.1-1.5 s-1的速率，把所述的合金铸锭镦粗到合金铸锭高度的30 % ~ 50 %高度获得一次饼坯，再把所述一次饼坯抜长至合金铸锭高度的80 % ~ 100 %，以获得二次棒材，每锻造火次合金终锻温度不低于1060 ℃。
进一步，所述步骤3中再次镦粗处理工艺为：将步骤2所述的二次棒材在加热炉中加热到1160 ~ 1170 ℃，然后压机上以0.1-1.5 s-1的速率，把所述的二次棒材再镦粗到该二次棒材高度的30 % ~ 50 %，以获得到二次饼坯，再把该二次饼坯抜长至合金铸锭高度的80 % ~ 100 %，以获得三次棒材，每锻造火次合金终锻温度不低于1060 ℃。
上述方法中，所述的镦粗和抜长操作均在快锻液压机上进行。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明所述的一种GH4738镍基高温合金大型铸锭的开坯锻造方法，在控制变形温度及各个火次变形量基础上，经过多次反复镦拔变形工艺，最终可获得均匀细小的晶粒组织。这是一种适用于难变形镍基高温合金铸锭开坯的新方法。本发明可使GH4738镍基高温合金铸锭晶粒变得均匀细小，从而满足大尺寸锻件的细晶均匀性的技术要求。
采用多次反复镦拔工艺，降低了成本，提高了成材率和稳定性，因此，本发明的一种GH4738镍基高温合金大尺寸铸锭的开坯锻造方法必将为航空、航天、石油炼等大型涡轮盘生产，提供重要保障。
附图说明
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。
图1为本发明实施例1，2中GH4738合金开坯锻造加热制度曲线。
图2为本发明实施例1中GH4738合金经过开坯锻造后晶粒组织。
图3为本发明实施例1中GH4738合金经过开坯锻造后强化相组织形貌。
图4为本发明实施例2中GH4738合金经过开坯锻造后晶粒组织。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
一种GH4738高温合金大型铸锭开坯方法步骤如下：
（1）. 将均匀化后的大型铸锭放入热处理炉中进行加热并保温，该合金大锭型尺寸为Φ510 mm；
（2）. 将加热到制定温度的钢锭镦粗以获得第一次饼坯，再把该饼坯抜长得到二次棒材；
（3）. 加热所述二次棒材，再镦粗得到二次饼坯，再把该饼坯抜长获得到三次棒材，即可获得晶粒均匀细晶棒坯。
具体步骤如下：把GH4738镍基高温合金大铸锭在加热炉加热到1170℃，然后在快锻液压机上以1 s-1的速率，把所述钢锭镦粗到原钢锭高度的50 %高度得到一次饼坯，再把该一次饼坯抜长变回原钢锭高度的80%高度获得二次棒材，每锻造火次终锻温度不低于1060 ℃。
步骤（3）通过如下工艺实现：把步骤（2）所述的二次棒材在加热炉中加热到1170℃，然后在快锻液压机上以0.5 s-1的速率，把所述的二次棒材再镦粗到该钢锭高度的50 %高度得到二次饼坯。再把该二次饼坯抜长变回原钢锭高度的80%高度获得三次棒材，每锻造火次终锻温度不低于1060 ℃。即可获得晶粒均匀细小的细晶棒坯。
将获得的开坯棒料进行金相分析，其轴向中心区域晶粒组织如图2所示，其强化相组织形貌，如图3所示。
结果表明：该棒坯的晶粒组织均匀细小，晶粒度达到了ASTM No.6级，为最终生产出细晶均匀的合金锻件提供了保证。
实施例2
一种GH4738高温合金大型铸锭开坯方法步骤如下：
（1）.将均匀化后的大型铸锭放入热处理炉中进行加热并保温，该合金大锭型尺寸为Φ620 mm；
（2）.将加热到制定温度的钢锭镦粗以获得第一次饼坯，再把该饼坯抜长得到二次棒材；
（3）.加热所述二次棒材，再镦粗得到二次饼坯，再把该饼坯抜长获得到三次棒材，即可获得晶粒均匀细晶棒坯。
具体步骤如下：把GH4738镍基高温合金大铸锭在加热炉加热到1180℃，然后在快锻液压机上以1 s-1的速率，把所述钢锭镦粗到原钢锭高度的50 %高度得到一次饼坯，再把该一次饼坯抜长变回原钢锭高度的100 %高度获得二次棒材，每锻造火次终锻温度不低于1060 ℃。
步骤（3）通过如下工艺实现：把步骤（2）所述的二次棒材在加热炉中加热到1170℃，然后在快锻液压机上以0.5 s-1的速率，把所述的二次棒材再镦粗到该钢锭高度的50 %高度得到二次饼坯。再把该二次饼坯抜长变回原钢锭高度的100 %高度获得三次棒材，每锻造火次终锻温度不低于1060 ℃。即可获得晶粒均匀细小的细晶棒坯。
将获得的开坯棒料进行金相分析，其轴向中心区域晶粒组织如图4所示。
结果表明：该棒坯的晶粒组织均匀，晶粒度达到了ASTM No.3级，为最终生产出细晶均匀的合金锻件提供了保证。
实施例3
一种GH4738高温合金大型铸锭开坯方法步骤如下：
（1）. 将均匀化后的大型铸锭放入热处理炉中进行加热并保温，该合金大锭型尺寸为Φ508 mm；
（2）. 将加热到制定温度的钢锭镦粗以获得第一次饼坯，再把该饼坯抜长得到二次棒材；
（3）. 加热所述二次棒材，再镦粗得到二次饼坯，再把该饼坯抜长获得到三次棒材，即可获得晶粒均匀细晶棒坯。
具体步骤如下：把GH4738镍基高温合金大铸锭在加热炉加热到1170℃，然后在快锻液压机上以1.5 s-1的速率，把所述钢锭镦粗到原钢锭高度的40 %高度得到一次饼坯，再把该一次饼坯抜长变回原钢锭高度的80%高度获得二次棒材，每锻造火次终锻温度不低于1060 ℃。
步骤（3）通过如下工艺实现：把步骤（2）所述的二次棒材在加热炉中加热到1170℃，然后在快锻液压机上以1.5 s-1的速率，把所述的二次棒材再镦粗到该钢锭高度的50 %高度得到二次饼坯。再把该二次饼坯抜长变回原钢锭高度的80%高度获得三次棒材，每锻造火次终锻温度不低于1060 ℃。即可获得晶粒均匀细小的细晶棒坯。
结果表明：该棒坯的晶粒组织均匀细小，晶粒度达到了ASTM No. 6.5级，为最终生产出细晶均匀的合金锻件提供了保证。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效形成的技术方法，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (3)
1.一种GH4738高温合金大型铸锭开坯方法，其特征在于，该工艺中控制的具体步骤包括：
步骤1：将均匀化后的合金铸锭放入热处理炉中进行加热并保温，备用；其中，所述合金铸锭尺寸为Φ500-1100 mm；所述加热温度为1160 ~ 1180℃；
步骤2：将步骤1处理后合金钢锭进行首次镦粗处理以获得第一次饼坯，再把所述一次饼坯拔长得到二次棒材；其中，所述步骤2中首次镦粗处理工艺为：以0.1-1.5 s-1的速率，把所述的合金铸锭镦粗到合金铸锭高度的30 % ~ 50 %高度获得一次饼坯，再把所述一次饼坯抜长至合金铸锭高度的80 % ~ 100 %，以获得二次棒材，每锻造火次合金终锻温度不低于1060 ℃；
步骤3：将经步骤2处理得到二次棒材经行加热处理，进行再次镦粗得到二次饼坯，再把该二次饼坯抜长获得到三次棒材，即可获得均匀细晶棒坯。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3中再次镦粗处理工艺为：将步骤2所述的二次棒材在加热炉中加热到1160 ~ 1170 ℃，然后压机上以0.1-1.5 s-1的速率，把所述的二次棒材再镦粗到该二次棒材高度的30 % ~ 50 %，以获得到二次饼坯，再把该二次饼坯抜长至合金铸锭高度的80 % ~ 100 %，以获得三次棒材，每锻造火次合金终锻温度不低于1060 ℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述镦粗和抜长操作均在快锻液压机上进行。
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