CN106670359A - 一种gh4169合金环件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种GH4169合金环件及其制备方法,包括以下步骤:将GH4169合金坯料在1020~1040℃依次进行镦饼、制孔、第一轧制、第二轧制和第三轧制,所述第三轧制的变形量为10~15%,最后进行热处理,得到GH4169合金环件。本发明通过控制镦饼、制孔和轧制的温度,并且将轧制工序分为三个阶段,通过控制第三轧制的变形量,得到6级匀晶组织,表层残余应力低的GH4169合金环件。实验结果表明,本发明提供的制备方法制备的GH4169合金环件微观组织为6级匀晶,表层残余应力绝对值低于250MPa。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域,特别涉及一种GH4169合金环件及其制备方法。
背景技术
GH4169合金是20世纪60年代发展的一种铌强化的沉淀硬化型镍-铁基高温合金,基体是Ni-Fe基奥氏体,主要强化相是体心立方相。该合金具有较好的高温力学性能、良好的热工艺和焊接性能,目前在航空发动机涡轮盘、叶片、石油管道、核工业结构件等领域得到广泛应用,主要用于制造机匣、火焰筒等环件和盘、轴等转动部件。
环件轧制是利用轧辊驱动环件转动,通过轧制孔型的连续轧制变形,使环件直径不断增大,壁厚减小,截面逐渐成形的特殊塑性加工过程。环件轧制技术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、能源、交通等诸多领域获得广泛应用。
目前,GH4169合金环件的成形工艺只能达到满足力学性能和晶粒度级差控制在2级以内的要求,很难达到工件的各个部位都能达到6级匀晶和表层残余应力较低的要求。如中国发明专利CN 104148557 A中公开了一种GH4169复杂截面环形件的成形方法:将GH4169合金加热至1000±10℃,经变形量为40%-50%的锻造变形后,在890℃保温10h,再升温至950℃保温3小时;再加热到锻造温度,经镦饼、制孔、平高度,得到该合金环坯;在1000-1040℃的温度下进行轧制成形,获得环形件。该专利中的技术方案制备的GH4169合金环件固溶时效后组织为12级晶粒度,残余应力绝对值为400-600MPa,并不能满足表层残余应力绝对值低于250MPa和6级匀晶的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种GH4169合金环件及其制备方法。本发明制备得到的GH4169合金环件能够满足表层残余应力绝对值低于250MPa和6级匀晶的要求。
本发明提供了一种GH4169合金环件的制备方法,包括以下步骤:
(1)将GH4169合金坯料在1020~1040℃进行镦饼,得到饼坯;
(2)将所述步骤(1)得到的饼坯在1020~1040℃进行制孔,得到环坯;
(3)将所述步骤(2)得到的环坯依次进行第一轧制、第二轧制和第三轧制,所述第一轧制、第二轧制和第三轧制的温度独立地为1020~1040℃,所述第三轧制的变形量为10~15%,得到终轧件;
(4)将所述步骤(3)得到的终轧件进行热处理,得到GH4169合金环件。
优选的,所述步骤(1)中GH4169合金坯料的晶粒度为6级以上。
优选的,所述步骤(1)中镦饼的变形量为40~50%。
优选的,所述步骤(1)中镦饼的变形速率为4~6mm/s。
优选的,所述步骤(3)中第一轧制的变形量为10~20%。
优选的,所述步骤(3)中第一轧制的芯辊进给速度为0.5~1.5mm/s。
优选的,所述步骤(3)中第二轧制的变形量为20~30%。
优选的,所述步骤(3)中第二轧制的芯辊进给速度为0.5~1.5mm/s。
优选的,所述步骤(3)中第三轧制的芯辊进给速度为0.5~1.5mm/s。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的GH4169合金环件,微观组织为6级匀晶,表层残余应力绝对值低于250MPa。
本发明提供了一种GH4169合金环件的制备方法,包括以下步骤:将GH4169合金坯料在1020~1040℃依次进行镦饼、制孔、第一轧制、第二轧制和第三轧制,所述第一轧制、第二轧制和第三轧制的温度相同或不同,所述第三轧制的变形量为10~15%,最后进行热处理,得到GH4169合金环件。本发明通过控制镦饼、制孔和轧制的温度,并且将轧制工序分为三个阶段,通过控制第三轧制的变形量,得到晶粒细小均匀,表层残余应力低的GH4169合金环件。实验结果表明,本发明提供的制备方法制备的GH4169合金环件微观组织为6级匀晶,表层残余应力绝对值低于250MPa。
附图说明
图1为本发明实施例1中使用的GH4169合金坯料的显微组织图;
图2为本发明实施例1中得到的环坯的结构尺寸图;
图3为本发明实施例1中得到的预轧件的结构尺寸图;
图4为本发明实施例1中得到的中轧件的结构尺寸图;
图5为本发明实施例1中得到的终轧件的结构尺寸图;
图6为本发明实施例1中制备的GH4169合金环件的显微组织图;
图7为本发明实施例1中制备的GH4169合金环件外端面残余应力雷达图;
图8为本发明实施例2中得到的环坯的结构尺寸图;
图9为本发明实施例2中得到的预轧件的结构尺寸图;
图10为本发明实施例2中得到的中轧件的结构尺寸图;
图11为本发明实施例2中得到的终轧件的结构尺寸图;
图12为本发明实施例2中制备的GH4169合金环件的显微组织图;
图13为本发明实施例2中制备的GH4169合金环件外端面残余应力雷达图。
具体实施方式
本发明提供了一种GH4169合金环件的方法,包括以下步骤:
(1)将GH4169合金坯料在1020~1040℃进行镦饼,得到饼坯;
(2)将所述步骤(1)得到的饼坯在1020~1040℃进行制孔,得到环坯;
(3)将所述步骤(2)得到的环坯依次进行第一轧制、第二轧制和第三轧制,所述第一轧制、第二轧制和第三轧制的温度独立地为1020~1040℃,所述第三轧制的变形量为10~15%,得到终轧件;
(4)将所述步骤(3)得到的终轧件进行热处理,得到GH4169合金环件。
本发明将GH4169合金坯料在1020~1040℃进行镦饼,得到饼坯。在本发明中,所述镦饼的温度优选为1025~1035℃,更优选为1028~1032℃。在本发明中,所述镦饼的变形量优选为40~50%,更优选为43~47%。在本发明中,所述镦饼的变形速率优选为4~6mm/s,更优选为4.5~5mm。在本发明中,所述镦饼用模具的温度优选为260~400℃,更优选为300~350℃。本发明对所述镦饼的装置没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的镦饼的装置即可。在本发明中,所述镦饼优选在液压机上进行。
在本发明中,所述GH4169合金坯料的晶粒度优选为6级以上,更优选为6级匀晶。本发明对所述GH4169合金坯料的形状和尺寸没有特殊的限定,根据环件的最终形状和尺寸进行调整即可。
得到饼坯后,本发明将所述饼坯在1020~1040℃进行制孔,得到环坯。在本发明中,所述制孔的温度优选为1025~1035℃,更优选为1028~1032℃。在本发明中,所述制孔用模具的温度优选为260~400℃,更优选为300~350℃。
本发明对所述环坯的尺寸没有特殊的限定,根据产品所需尺寸进行调整即可。在本发明中,所述环坯的外径优选为400~700mm,更优选为448~685mm。在本发明中,所述环坯的内径优选为190~450mm,更优选为198~430mm。在本发明中,所述环坯的高度优选为100~200mm,更优选为130~185mm。
在本发明中,所述制孔优选包括冲孔和扩孔。本发明对所述制孔的装置没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的制孔的设备即可。在本发明中,所述冲孔优选在液压机上进行。在本发明中,所述冲孔过程中,液压机下压速度优选为8~10mm/s。在本发明中,所述扩孔的装置优选为马架。
得到环坯后,本发明将所述环坯在1020~1040℃依次进行第一轧制、第二轧制和第三轧制,所述第一轧制、第二轧制和第三轧制的温度相同或不同,所述第三轧制的变形量为10~15%,得到终轧件。在本发明中,所述第一轧制、第二轧制和第三轧制过程中,环坯直径不断增大,壁厚减小,截面逐渐成形。
本发明将所述环坯在1020~1040℃进行第一轧制,得到预轧件。在本发明中,所述第一轧制的温度优选为1025~1035℃。在本发明中,所述第一轧制的变形量优选为10~20%,更优选为12~18%,最优选为14~16%。在本发明中,所述第一轧制的芯辊进给速度优选为0.5~1.5mm/s。在本发明中,所述第一轧制用模具的温度优选为300~400℃,更优选为340~360℃。
本发明对所述预轧件的尺寸没有特殊的限定,根据产品所需尺寸进行调整即可。在本发明中,所述预轧件的外径优选为480~800mm,更优选为500~783mm。在本发明中,所述预轧件的内径优选为270~550mm,更优选为280~545.6mm。在本发明中,所述预轧件的高度优选为120~190mm,更优选为125~185mm。
得到预轧件后,本发明将所述预轧件在1020~1040℃进行第二轧制,得到中轧件。在本发明中,所述第二轧制的温度优选为1025~1035℃。在本发明中,所述第二轧制的变形量优选为20~30%,更优选为22~28%,最优选为24~26%。在本发明中,所述第二轧制的芯辊进给速度优选为0.5~1.5mm/s。在本发明中,所述第二轧制用模具的温度优选为300~400℃,更优选为340~360℃。
本发明对所述中轧件的尺寸没有特殊的限定,根据产品所需尺寸进行调整即可。在本发明中,所述中轧件的外径优选为600~1000mm,更优选为610~977.2mm。在本发明中,所述中轧件的内径优选为440~800mm,更优选为450~794.2mm。在本发明中,所述中轧件的高度优选为120~185mm,更优选为125~180mm。
得到中轧件后,本发明将所述中轧件在1020~1040℃进行第三轧制,得到终轧件。在本发明中,所述第三轧制的温度优选为1025~1035℃。在本发明中,所述第三轧制的变形量优选为10~15%,更优选为12~13%。在本发明中,所述第三轧制的芯辊进给速度优选为0.5~1.5mm/s。在本发明中,所述第三轧制用模具的温度优选为300~400℃,更优选为340~360℃。
本发明对所述终轧件的尺寸没有特殊的限定,根据产品所需尺寸进行调整即可。在本发明中,所述终轧件的外径优选为860~970mm,更优选为877~958mm。在本发明中,所述终轧件的内径优选为760~800mm,更优选为773~798mm。在本发明中,所述终轧件的高度优选为110~180mm,更优选为115~175mm。
为去除锻造后工件表面的杂质,本发明优选在第三轧制完成后,将所述第三轧制得到的产物进行粗加工,得到终轧件。本发明对所述粗加工的操作没有特殊的限定,根据产品所需形状进行选择即可。
得到终轧件后,本发明将所述终轧件进行热处理,得到GH4169合金环件。在本发明中,所述热处理优选包括:将所述终锻件进行固溶处理后,再进行双时效处理。
本发明对所述固溶处理和双时效处理的操作没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的GH4169合金固溶和时效处理的技术方案即可。本发明优选按照热处理手册中规定的GH4169合金固溶和时效处理标准进行热处理。在本发明中,所述固溶处理的温度优选为965~975℃,更优选为968~972℃;所述固溶处理的保温时间优选为0.8~1.2h;所述固溶处理的冷却方式优选为空冷。
在本发明中,所述双时效处理的一级时效温度优选为715~725℃,更优选为718~722℃;所述一级时效时间优选为7.8~8.2h;所述一级时效冷速为45~55℃/min。在本发明中,所述双时效处理的二级时效温度为615~625℃,更优选为618~622℃;所述二级时效时间优选为7.8~8.2h;所述二级时效的冷却方式优选为空冷。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的GH4169合金环件,微观组织为6级匀晶,表层残余应力绝对值低于250MPa。本发明对所述GH4169合金环件的尺寸没有特殊的要求,根据所需产品的规格进行调整即可。在本发明中,所述GH4169合金环件的外径优选为860~970mm,更优选为877~958mm;,所述GH4169合金环的内径优选为760~800mm,更优选为773~798mm;所述GH4169合金环的高度优选为110~180mm,更优选为115~175mm。
为了进一步说明本发明,下面结合实施例对本发明提供的GH4169合金环件及其制备方法进行详细地描述,但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1:
将GH4169合金坯料在1040℃温度下进行镦饼得到饼坯,模具温度为260℃,变形量为45%,变形速率为5mm/s。
在1040温度下进行冲孔得到环坯,模具温度为260℃,冲孔过程在液压机上进行,液压机下压速度为10mm/s;环坯的结构尺寸图如图2所示,环坯的外径为448mm,内径为198mm,高度为130mm。
轧制过程分为三个部分,即第一轧制、第二轧制和第三轧制过程,三次轧制过程中所用温度均为为1020℃,模具温度均为300℃;第一轧制的变形量为12%,芯辊的进给速度为1mm/s;预轧件的结构尺寸图如图3所示,预轧件的外径为500mm,内径为280mm,高度为185mm。
第二轧制的变形量为27%,芯辊的进给速度为1mm/s;中轧件的结构尺寸图如图4所示,中轧件的外径为610mm,内径为450mm,高度为125mm。
第三轧制变形量为10%,芯辊的进给速度为1mm/s;终轧件的结构尺寸图如图5所示,终轧件的外径为877mm,内径为773mm,高度为115mm。
终轧件进行粗加工后进行固溶处理,在970℃温度下保温1h后空冷;
固溶后进行时效处理,在720℃小保温8h后以50℃/h的冷却速度冷至620℃保温8h后空冷,得到GH4169合金环件。
GH4169合金坯料的显微组织图如图1所示,可以看出,GH4169合金坯料的晶粒度为6级匀晶;
本实施例中制备的GH4169合金环件的显微组织图如图6所示,可以看出,GH4169合金环件为6级匀晶;
本实施例中制备的GH4169合金环件外端面残余应力雷达图如图7所示,可以看出,GH4169合金环件表层残余应力绝对值低于250MPa。
实施例2:
将实施例1中相同的GH4169合金坯料在1020℃温度下进行镦饼得到饼坯,模具温度为300℃,变形量为45%,变形速率为5mm/s。
在1020℃温度下进行马架扩孔得到环坯,模具温度为300℃;环坯的结构尺寸图如图8所示,环坯外径为685mm,内径为430mm,高度为185mm。
轧制过程分为三个部分,即第一轧制、第二轧制和第三轧制过程,三次轧制过程中所用温度均为为1020℃,模具温度均为400℃;第一轧制的变形量为19.05%,变形速率为;预轧件的结构尺寸图如图9所示,预轧件外径为783mm,内径为545.6mm,高度为185mm。
第二轧制的变形量为23.69%,芯辊的进给速度为1mm/s;中轧件的结构尺寸图如图10所示,终轧件外径为977.2mm,内径为794.2mm,高度为180。
第三轧制变形量为15%,芯辊的进给速度为1mm/s;终轧件的结构尺寸图如图11所示,终轧件外径为958mm,内径为798mm,高度为175mm。
终轧件进行粗加工后进行固溶处理,在970℃温度下保温1h后空冷;
固溶后进行时效处理,在720℃小保温8h后以50℃/h的冷却速度冷至620℃保温8h后空冷,得到GH4169合金环件。
本实施例中制备的GH4169合金环件的显微组织图如图12所示,可以看出,GH4169合金环件为6级匀晶;
本实施例中制备的GH4169合金环件外端面残余应力雷达图如图13所示,可以看出,GH4169合金环件表层残余应力绝对值低于250MPa。
由以上实施例可以看出,本发明提供的GH4169合金环件微观组织为6级匀晶,表层残余应力绝对值低于250MPa。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种GH4169合金环件的制备方法,包括以下步骤:
(1)将GH4169合金坯料在1020~1040℃进行镦饼,得到饼坯;
(2)将所述步骤(1)得到的饼坯在1020~1040℃进行制孔,得到环坯;
(3)将所述步骤(2)得到的环坯依次进行第一轧制、第二轧制和第三轧制,所述第一轧制、第二轧制和第三轧制的温度独立地为1020~1040℃,所述第三轧制的变形量为10~15%,得到终轧件;
(4)将所述步骤(3)得到的终轧件进行热处理,得到GH4169合金环件。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中GH4169合金坯料的晶粒度为6级以上。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中镦饼的变形量为40~50%。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中镦饼的变形速率为4~6mm/s。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中第一轧制的变形量为10~20%。
6.根据权利要求1或5所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中第一轧制的芯辊进给速度为0.5~1.5mm/s。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中第二轧制的变形量为20~30%。
8.根据权利要求1或7所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中第二轧制的芯辊进给速度为0.5~1.5mm/s。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中第三轧制的芯辊进给速度为0.5~1.5mm/s。
10.权利要求1~9任意一项所述制备方法制备的GH4169合金环件,微观组织为6级匀晶,表层残余应力绝对值低于250MPa。
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