CN107282670A - 一种涡轮盘高温合金铸锭的挤压开坯方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种涡轮盘高温合金铸锭的挤压开坯方法，实施例提供了一种涡轮盘用难变形高温合金铸锭的挤压开坯方法。该方法包括：(1)设计制造带锥度的挤压模具，(2)将难变形高温合金铸锭坯料加热，用压力机压入挤压模具中，完成第一道次挤压；(3)将中挤压后的坯料重新加热，上细下粗放置再次压入模具中，完成下一道次挤压；(4)重复上述(3)的操作，完成正反向多道次挤压，得到挤压件。该挤压开坯工艺设备吨位要求低，原材料利用率高，所得挤压件外观完整，截面较坯料不减小，晶粒组织细小均匀及性能提升显著。

Description

一种涡轮盘高温合金铸锭的挤压开坯方法
技术领域
本发明是种涡轮盘高温合金铸锭的挤压开坯方法，属于涡轮盘制备 技术领域。
背景技术
涡轮盘是航空发动机具有关键特性的核心部件。它的冶金、制造质 量和性能水平，对于发动机和飞机的可靠性、安全寿命和性能的提高具 有决定性影响。高性能涡轮盘用先进高温合金坯件的制备，是先进发动 机研制和生产的重要环节。先进高温合金的坯件，首先必须是纯洁的、 均匀的和细晶组织的。因为只有研制出这样的坯件，并在先进涡轮盘锻 压技术和热处理工艺的配合下，才能保证涡轮盘的完整性和可靠性、盘 件组织的均匀性、高的使用性能和最小的性能分散性。在此基础上，才 能在批量生产的条件下实现盘件质量的稳定性。目前，世界上能够制备 高性能涡轮盘用先进高温合金坯件的工艺有三种：先进的变形(即改进 的铸锭+锻压)工艺(C/W)、粉末冶金工艺(P/W)和喷射成形工艺(SF)。 高温合金喷射成形涡轮盘坯尽管有了很大的研究进展，但欲实现其型号 应用还须进行深入研究，使其工艺与质量更加稳定。
在先进高温合金涡轮盘制造工艺中，无论是改进的铸锻工艺还是粉 末冶金工艺，一般都需要采用挤压开坯。该开坯工艺特点是利用大挤压 比的变形使毛坯获得超细晶的组织结构。但常规挤压开坯主要有以下几 个方面的缺点：(1)挤压件截面小，容易弯曲。大挤压比可以使组织细 化，但也让挤压件的截面远小于坯料截面，整个挤压过程“短粗进、细长出”。这样就使得挤出的工件弯曲变形，不利于后续的镦粗或锻造，同 时，研究表明，弯曲挤压件界面上组织晶粒粗大，影响涡轮盘锻件的组 织均匀性。(2)设备吨位的限制。由于挤压件截面变小，那么就要在前 面工序做出大尺寸的铸坯或热等静压坯。若要得到大尺寸的涡轮盘件就 要采用大直径的熔炼铸锭，需要大吨位的熔炼或挤压设备，因此，这种 工艺设备成本较大，也受到国内现有条件的限制。(3)材料利用率低。 常规挤压开坯工艺中材料的“压尾”和“掐头”大量消耗，降低了金属 利用率，目前涡轮盘模锻件材料利用率仅为10％～30％，浪费了大量的战 略合金元素。
发明内容
为解决上述工艺存在的问题，本发明提供了一种涡轮盘高温合金铸 锭的挤压开坯方法，该方法不仅挤压件截面不减小、设备吨位要求低、 材料利用率高，而且能获得航空发动机大尺寸涡轮盘的制造提供挤压饼 坯。
本发明技术方案的内容如下：
该种涡轮盘高温合金铸锭的挤压开坯方法，所述高温合金为变形高 温合金，进行热、冷变形加工的工作温度范围-253～1320℃，具有良好 的力学性能和综合的强、韧性指标，具有较高的抗腐蚀性能的一类合金， 其特征在于：该方法的步骤如下：
步骤一、制造挤压模具，该挤压模具为一个筒状结构，挤压模具的 内腔(1)沿中心线(2)的截面为梯形；
步骤二、将高温合金铸锭加热，用压力机压板(5)压入已加热的挤压 模具中，完成第一道次挤压后将坯料(6)从挤压模具中顶出，空冷至室温；
步骤三、将步骤二挤压后的坯料(6)重新加热后，将坯料(6)的粗端 沿挤压模具的中心线(2)向下放入挤压模具的内腔(1)中，用压力机压板 (5)从坯料(6)的粗端将坯料(6)再次压入挤压模具中，完成下一道次挤 压；
步骤四、重复步骤三的操作，完成对坯料(6)正反向的多道次挤压；
步骤五、将步骤四完成挤压的坯料(6)进行镦粗整形，得到圆柱形挤 压件。
挤压模具的内腔(1)沿中心线(2)的梯形截面的侧边(3)与中心线(2) 之间的夹角为15°～20°。
在挤压模具的内腔(1)的上端大开口的边缘上设置有对坯料(6)挤压 入挤压模具时起定位作用的环状垂直的导向凸台(4)。
在挤压前对高温合金铸锭和坯料(6)的整体表面涂覆高温合金润滑 剂，高温合金铸锭和坯料(6)入炉加热前用厚度为2～3mm石棉包裹。
在挤压前对高温合金铸锭和坯料(6)的加热温度为1100～1150℃，保 温时间为2min/mm，转移时间不超过10s。
挤压模具的加热温度为800～900℃，保温时间为2min/mm，转移时 间不超过10s。
对挤压、冷却后的坯料(6)表面进行吹砂打磨，然后进行下一道次挤 压。
制造挤压模具的材料为K3合金。
在常规挤压开坯工艺中，挤压比一般为1：6～1:3之间，挤压件截 面较坯料截面减小3到6倍，且只可进行一道次挤压变形。本发明技术 方案中，为避免常规挤压开坯造成的挤压件截面减小，选用内腔截面为 梯形且带凸台导向的挤压模具，实现截面不减小并且能进行多道次变形 的扩展挤压。
本发明技术方案的优点是：
1、本发明的挤压工艺跟常规挤压工艺相比挤压件截面不减小，甚至 会增大。
2、本发明的挤压工艺跟常规挤压工艺相比不是一道次变形，而是多 道次累积变形，这样可实现晶粒细化程度可控。
3、本发明的挤压工艺跟常规挤压工艺相比单道次变形抗力小，模具 强度要求低，设备吨位要求低。
4、本发明的挤压工艺跟常规挤压工艺相比掐头、压尾量小，原材料 利用率提高。
附图说明
图1为本发明实施例中使用的挤压模具的一道次开始状态的结构示 意图
图2为本发明实施例中使用的挤压模具的一道次结束状态的结构示 意图
图3为本发明实施例中使用的挤压模具的下一道次开始状态的结构 示意图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
参见附图1～3所示，本发明所述的涡轮盘高温合金铸锭的挤压开坯 方法中的高温合金为GH710，该方法的步骤如下：
步骤一、制造挤压模具，该挤压模具为一个筒状结构，挤压模具的 内腔1沿中心线2的截面为梯形；挤压模具材料选用K3合金，规格为 Φ200×300mm，在合金铸锭上机加工，挤压模具的内腔1沿中心线2的 梯形截面的侧边3与中心线2之间的夹角为20°，在挤压模具的内腔1 的上端大开口的边缘上加工有对坯料6挤压入挤压模具时起定位作用的 环状垂直的导向凸台4，导向凸台4的高度为40mm，挤压模具型腔表面 粗糙度应不低于Ra1.6μm；
步骤二、坯料为GH710合金铸锭，规格为Φ120×90mm，对坯料进行 表面处理，包括吹砂打磨和涂覆高温合金润滑剂，待涂覆的高温合金润 滑剂晾干后，用厚度为2～3mm石棉将坯料包裹，并用石棉绳扎紧，坯料 加热温度为1150℃，保温时间为2min/mm，转移时间不超过10s，挤压 模具的加热温度为850℃，保温时间为2min/mm，转移时间不超过10s， 将坯料用压力机压板5压入已加热的挤压模具中，完成第一道次挤压后 将坯料6从挤压模具中顶出，空冷至室温；
步骤三、将步骤二挤压后的挤压件空冷后需对表面裂纹缺陷进行吹 砂打磨，然后重新加热后，将坯料6的粗端沿挤压模具的中心线2向下 放入挤压模具的内腔1中，用压力机压板5从坯料6的粗端将坯料6再 次压入挤压模具中，完成下一道次挤压；
步骤四、重复步骤三的操作，完成对坯料(6)正反向的多道次挤压；
步骤五、将步骤四完成挤压的坯料(6)进行镦粗整形，得到圆柱形挤 压件。

Claims (8)

1.一种涡轮盘高温合金铸锭的挤压开坯方法，所述高温合金为变形高温合金，进行热、冷变形加工的工作温度范围-253～1320℃，其特征在于：该方法的步骤如下：
步骤一、制造挤压模具，该挤压模具为一个筒状结构，挤压模具的内腔(1)沿中心线(2)的截面为梯形；
步骤二、将高温合金铸锭加热，用压力机压板(5)压入已加热的挤压模具中，完成第一道次挤压后将坯料(6)从挤压模具中顶出，空冷至室温；
步骤三、将步骤二挤压后的坯料(6)重新加热后，将坯料(6)的粗端沿挤压模具的中心线(2)向下放入挤压模具的内腔(1)中，用压力机压板(5)从坯料(6)的粗端将坯料(6)再次压入挤压模具中，完成下一道次挤压；
步骤四、重复步骤三的操作，完成对坯料(6)正反向的多道次挤压；
步骤五、将步骤四完成挤压的坯料(6)进行镦粗整形，得到圆柱形挤压件。
2.根据权利要求1所述的涡轮盘高温合金铸锭的挤压开坯方法，其特征在于：挤压模具的内腔(1)沿中心线(2)的梯形截面的侧边(3)与中心线(2)之间的夹角为15°～20°。
3.根据权利要求1所述的涡轮盘高温合金铸锭的挤压开坯方法，其特征在于：在挤压模具的内腔(1)的上端大开口的边缘上设置有对坯料(6)挤压入挤压模具时起定位作用的环状垂直的导向凸台(4)。
4.根据权利要求1所述的涡轮盘高温合金铸锭的挤压开坯方法，其特征在于：在挤压前对高温合金铸锭和坯料(6)的整体表面涂覆高温合金润滑剂，高温合金铸锭和坯料(6)入炉加热前用厚度为2～3mm石棉包裹。
5.根据权利要求1所述的涡轮盘高温合金铸锭的挤压开坯方法，其特征在于：在挤压前对高温合金铸锭和坯料(6)的加热温度为1100～1150℃，保温时间为2min/mm，转移时间不超过10s。
6.根据权利要求1所述的涡轮盘高温合金铸锭的挤压开坯方法，其特征在于：挤压模具的加热温度为800～900℃，保温时间为2min/mm，转移时间不超过10s。
7.根据权利要求1所述的涡轮盘高温合金铸锭的挤压开坯方法，其特征在于：对挤压、冷却后的坯料(6)表面进行吹砂打磨，然后进行下一道次挤压。
8.根据权利要求1所述的涡轮盘高温合金铸锭的挤压开坯方法，其特征在于：制造挤压模具的材料为K3合金。
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