CN105363974A - 钴基高温合金矩形环件各向同性的轧制方法 - Google Patents

钴基高温合金矩形环件各向同性的轧制方法 Download PDF

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李兴品
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    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H1/00—Making articles shaped as bodies of revolution
    • B21H1/06—Making articles shaped as bodies of revolution rings of restricted axial length

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Abstract

本发明公开了一种钴基高温合金矩形环件各向同性的轧制方法，其步骤为：先将钴基高温合金棒材加热至锻造温度，经镦粗、冲孔、预轧后，制成矩形环坯；再将矩形环坯装入环轧机上，将锥辊抬升h＝5mm～10mm，使矩形环坯发生倾斜，然后进行轧制成形，获得钴基高温合金矩形环件。该方法通过改变轧制时材料的流动方向，使矩形环件各向力学性能保持一致，从而提高矩形环件的综合力学性能。该方法用于生产各向同性的钴基高温合金矩形环件。

Description

钴基高温合金矩形环件各向同性的轧制方法
技术领域
本发明涉及一种钴基高温合金矩形环件的轧制方法，特别是涉及了一种钴基高温合金矩形环件各向同性的轧制方法。
背景技术
环形件轧制是目前生产高性能无缝环件最为有效的手段之一，在航空、航天等诸多领域获得广泛应用。对于矩形环件的生产多以径向轧制方式进行，环件与坯料采用等高设计，锥辊仅起到防止环件攀升和限制环件高度增加的作用，轴向的变形量较小，导致环件的径向力学性能与轴向力学性能相差较大。随着环轧技术的发展和进步，人们逐渐掌握了径/轴双向的轧制成形方式，该方式生产的矩形环件，其轴向力学性能得到了很大程度上的改善，但是，依然不能保证环件在各个方向的力学性能达到一致。其原因在于，径向进给与轴向进给均会使金属材料向环件的切线方向流动，在切线方向形成了锻造流线，从而使得切线方向的力学性能要远远好于径向和轴向的力学性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种钴基高温合金矩形环件各向同性的轧制方法，通过改变轧制时材料的流动方向，使矩形环件各向力学性能保持一致，从而提高矩形环件的综合力学性能。
为解决上述技术问题，本发明所述钴基高温合金矩形环件各向同性的轧制方法，其技术方案包括以下步骤：
将按规格下料的钴基高温合金棒材加热至锻造温度，经镦粗、冲孔、预轧后，制成高度为H1、厚度为B1、外径为R1的矩形环坯；
将所述矩形环坯装入环轧机上，芯辊从矩形环坯的中间穿过，驱动芯辊并带动矩形环坯向主辊靠近，再驱动锥辊靠近矩形环坯的另一边，上下锥辊将矩形环坯夹在中间；当矩形环坯放平后，驱动锥辊抬升h＝5mm～10mm，使矩形环坯发生倾斜；启动环轧机进行轧制，调整主辊的转速r＝1.0rad/s，以驱动力F1＝378KN～408KN使芯辊以v1＝2.5mm/s的进给速度朝径向进给，径向进给的总量S1＝B1-B2+(H1×h)/2R1，以驱动力F2＝315KN～347KN使锥辊以v2＝1.5mm/s大小的进给速度朝轴向进给，轴向进给的总量S2＝H1-H2+(B1×h)/2R1，式中，B1为矩形环坯的厚度、B2为矩形环件的厚度、H1为矩形环坯的高度、H2矩形环件的高度、R1矩形环坯的外径；当轧制过程进入稳定状态后，将锥辊逐步放下，并与工作台持平；当径向进给量与轴向进给量均达到目标后停止进给，矩形环件在环轧机的作用下转动，一段时间后停止，将矩形环件取出。
所述径向进给速度与轴向进给速度的关系如下：
S1/v1＝S2/v2
式中，S1为径向进给的总量；
S2为轴向进给的总量；
v1为径向进给速度；
v2为径向进给速度。
所述径向进给的驱动力F1满足如下关系：
F1＝α×n0×σ×H×L1
式中，F1为径向进给的驱动力；
α为矩形环件展宽而导致的压力增大系数，取2.0～2.4；
n0为实时应力状态系数；
σ为材料的流动应力；
H为矩形环坯的实时高度；
L1为芯辊与矩形环坯接触的实时弧长。
所述轴向进给的驱动力F2满足如下关系：
F2＝β×n0×σ×B×L2
式中，F2为轴向进给的驱动力；
β为矩形环件高度减小而导致的压力增大系数，取2.8～3.2；
n0为实时应力状态系数；
σ为材料的流动应力；
B为矩形环坯的实时厚度；
L2为锥辊与矩形环坯接触的实时弧长。
所述钴基高温合金为GH188合金。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明所述钴基高温合金矩形环件各向同性的轧制方法，通过将锥辊抬升h＝5mm～10mm，使矩形环件发生小量的倾斜，改变了轧制时金属材料的流动，使其在各个方向保持一致。
将主辊的转速设置为1.0rad/s，径向进给速度为2.5mm/s，轴向进给速度为1.5mm/s，以及径向进给速度与轴向进给速度满足关系式S1/v1＝S2/v2，是为了保证切线方向的材料流动速度与径向、轴向的材料流动速度一致。
径向进给的总量为S1＝B1-B2+(H1×h)/2R1以及轴向进给的总量S2＝H1-H2+(B1×h)/2R1，一方面使矩形环坯发生充分的塑性变形，提高力学性能；另一方面是为了补充锥辊抬高而引起的尺寸差异。
径向进给的驱动力F1满足关系式F1＝α×n0×σ×H×L1，向进给的驱动力F2满足关系式F2＝β×n0×σ×B×L2，使矩形环坯在径向、轴向发生塑性变形，同时防止因环坯倾斜而产生的上下串动。
采用上述方法制备的钴基高温合金矩形环件，其组织均匀、性能较好，各向力学性能基本保持一致，以牌号为GH188的钴基高温合金矩形环件为例：
经检测该合金矩形环件的径向室温拉伸性能，其抗拉强度为935MPa(大于设计使用要求的860MPa)，伸长率为0.2％时的屈服强度为448MPa(大于设计使用要求的380MPa)，断后伸长率为58.5％(大于设计使用要求的45％)。
经检测该合金矩形环件的轴向室温拉伸性能，其抗拉强度为926MPa(大于设计使用要求的860MPa)，伸长率为0.2％时的屈服强度为432MPa(大于设计使用要求的380MPa)，断后伸长率为58％(大于设计使用要求的45％)。
经检测该合金矩形环件的切向室温拉伸性能，其抗拉强度为952MPa(大于设计使用要求的860MPa)，伸长率为0.2％时的屈服强度为460MPa(大于设计使用要求的380MPa)，断后伸长率为61％(大于设计使用要求的45％)。
上述理化检测结果表明，改进后的轧制成形方法生产钴基高温合金矩形环件，其各向力学性能基本相同且均符合要求。
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说明。
图1是本发明所述钴基高温合金矩形环件各向同性轧制方法示意图。
具体实施方式
实施本发明所述的钴基高温合金矩形环件各向同性的轧制方法需要提供锻造加热炉、压力机、机械手、环轧机等设备。下面以我国材料牌号为GH188的钴基高温合金为例来详细说明该方法的具体实施方式：
该合金的主要化学元素含量(重量百分比)为：含C量0.05％～0.15％、含Cr量20.0％～24.0％、含Ni量20.0％～24.0％、含W量13.0％～16.0％、含La量0.03％～0.12％、含Si量0.20％～0.50％、含Fe量≤0.30％、含B量≤0.015％、含Mn量≤1.25％、含P量≤0.020％、含S量≤0.015％、含Ag量≤0.0010％、含Bi量≤0.0001％、含Pb量≤0.0010％、含Cu量≤0.07％、余量为Co。
本方法的步骤如下：
将按规格下料的钴基高温合金棒材加热至锻造温度，经镦粗、冲孔、预轧后，制成高度为H1、厚度为B1、外径为R1的矩形环坯；
如图1所示，将所述矩形环坯1装入环轧机上，芯辊3从矩形环坯1的中间穿过，驱动芯辊3并带动矩形环坯1向主辊2靠近，再驱动锥辊4靠近矩形环坯1的另一边，上下锥辊4将矩形环坯1夹在中间；当矩形环坯1放平后，驱动锥辊4抬升h＝5mm～10mm，使矩形环坯1发生倾斜；启动环轧机进行轧制，调整主辊2的转速r＝1.0rad/s，以驱动力F1＝378KN～408KN使芯辊3以v1＝2.5mm/s的进给速度朝径向进给，径向进给的总量S1＝B1-B2+(H1×h)/2R1，以驱动力F2＝340KN～374KN使锥辊4以v2＝1.5mm/s大小的进给速度朝轴向进给，轴向进给的总量S2＝H1-H2+(B1×h)/2R1，式中，B1为矩形环坯的厚度、B2为矩形环件的厚度、H1为矩形环坯的高度、H2矩形环件的高度、R1矩形环坯的外径；当轧制过程进入稳定状态后，将锥辊4逐步放下，并与工作台5持平；当径向进给量与轴向进给量均达到目标后停止进给，矩形环件在环轧机的作用下转动，一段时间后停止，将矩形环件取出。
所述径向进给速度与轴向进给速度的关系如下：
S1/v1＝S2/v2
式中，S1为径向进给的总量；
S2为轴向进给的总量；
v1为径向进给速度；
v2为径向进给速度。
所述径向进给的驱动力F1满足如下关系：
F1＝α×n0×σ×H×L1
式中，F1为径向进给的驱动力；
α为矩形环件展宽而导致的压力增大系数，取2.2～2.4；
n0为实时应力状态系数；
σ为材料的流动应力；
H为矩形环坯的实时高度；
L1为芯辊与矩形环坯接触的实时弧长。
所述轴向进给的驱动力F2满足如下关系：
F2＝β×n0×σ×B×L2
式中，F2为轴向进给的驱动力；
β为矩形环件高度减小而导致的压力增大系数，取2.8～3.2；
n0为实时应力状态系数；
σ为材料的流动应力；
B为矩形环坯的实时厚度；
L2为锥辊与矩形环坯接触的实时弧长。

Claims (5)

1.一种钴基高温合金矩形环件各向同性的轧制方法，其特征在于，包括以下步骤：
将按规格下料的钴基高温合金棒材加热至锻造温度，经镦粗、冲孔、预轧后，制成高度为H1、厚度为B1、外径为R1的矩形环坯；
将所述矩形环坯装入环轧机上，芯辊从矩形环坯的中间穿过，驱动芯辊并带动矩形环坯向主辊靠近，再驱动锥辊靠近矩形环坯的另一边，上下锥辊将矩形环坯夹在中间；当矩形环坯放平后，驱动锥辊抬升h＝5mm～10mm，使矩形环坯发生倾斜；启动环轧机进行轧制，调整主辊的转速r＝1.0rad/s，以驱动力F1＝378KN～408KN使芯辊以v1＝2.5mm/s的进给速度朝径向进给，径向进给的总量S1＝B1-B2+(H1×h)/2R1，以驱动力F2＝315KN～347KN使锥辊以v2＝1.5mm/s大小的进给速度朝轴向进给，轴向进给的总量S2＝H1-H2+(B1×h)/2R1，式中，B1为矩形环坯的厚度、B2为矩形环件的厚度、H1为矩形环坯的高度、H2矩形环件的高度、R1矩形环坯的外径；当轧制过程进入稳定状态后，将锥辊逐步放下，并与工作台持平；当径向进给量与轴向进给量均达到目标后停止进给，矩形环件在环轧机的作用下转动，一段时间后停止，将矩形环件取出。
2.根据权利要求1所述的钴基高温合金矩形环件各向同性的轧制方法，其特征在于，所述钴基高温合金为GH188合金。
3.根据权利要求1或2所述的钴基高温合金矩形环件各向同性的轧制方法，其特征在于，所述径向进给速度与轴向进给速度的关系如下：
S1/v1＝S2/v2
式中，S1为径向进给的总量；
S2为轴向进给的总量；
v1为径向进给速度；
v2为径向进给速度。
4.根据权利要求1或2所述的钴基高温合金矩形环件各向同性的轧制方法，其特征在于，所述径向进给的驱动力F1满足如下关系：
F1＝α×n0×σ×H×L1
式中，F1为径向进给的驱动力；
α为矩形环件展宽而导致的压力增大系数，取2.0～2.4；
n0为实时应力状态系数；
σ为材料的流动应力；
H为矩形环坯的实时高度；
L1为芯辊与矩形环坯接触的实时弧长。
5.根据权利要求1或2所述的钴基高温合金矩形环件各向同性的轧制方法，其特征在于，所述轴向进给的驱动力F2满足如下关系：
F2＝β×n0×σ×B×L2
式中，F2为轴向进给的驱动力；
β为矩形环件高度减小而导致的压力增大系数，取2.8～3.2；
n0为实时应力状态系数；
σ为材料的流动应力；
B为矩形环坯的实时厚度；
L2为锥辊与矩形环坯接触的实时弧长。
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