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
[0001]本发明是种涡轮盘高温合金铸锭的挤压开还方法,属于涡轮盘制备技术领域。
背景技术
[0002]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1¾温合金还件的制备,是先进发动机研制和生产的重要环节。先进高温合金的述 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。
[0003] 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,研宄表明,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
[0004] 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。
[0005] 本发明技术方案的内容如下:
[0006] 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°C,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:
[0007] 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⑴沿中心 线⑵的截面为梯形;
[0008] 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;
[0009] 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⑵向下放入挤压模具的内腔(1)中,用压力机压板(5)从坯料⑹的粗端将坯料(6) 再次压入挤压模具中,完成下一道次挤压;
[0010] 步骤四、重复步骤三的操作,完成对坯料⑹正反向的多道次挤压;
[0011] 步骤五、将步骤四完成挤压的坯料⑹进行镦粗整形,得到圆柱形挤压件。
[0012] 挤压模具的内腔⑴沿中心线⑵的梯形截面的侧边⑶与中心线(2)之间的夹角 为15°〜20°。
[0013]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⑹挤压入挤压模具 时起定位作用的环状垂直的导向凸台⑷。
[0014]在挤压前对高温合金铸锭和坯料⑹的整体表面涂覆高温合金润滑剂,高温合金 铸锭和坯料⑹入炉加热前用厚度为2〜3mm石棉包裹。
[0015] 在挤压前对高温合金铸锭和坯料(6)的加热温度为1100〜1150°C,保温时间为 2min/mm,转移时间不超过l〇s。
[0016] 挤压模具的加热温度为800〜900°C,保温时间为2min/mm,转移时间不超过l〇s。
[0017] 对挤压、冷却后的坯料⑹表面进行吹砂打磨,然后进行下一道次挤压。
[0018]制造挤压模具的材料为K3合金。
[0019] 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。
[0020]本发明技术方案的优点是:
[0021] 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。
[0022] 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。
[0023] 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。
[0024] 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
[0025]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 [0026]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
[0027]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:
[0028]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:
[0029] 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® 200 X 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Ral. 6wii;
[0030] 步骤二、坯料为GH710合金铸锭,规格为(D120X90mm,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 °C,保温时间为2min/mm,转移时间不 超过l〇s,挤压模具的加热温度为850°C,保温时间为2min/mm,转移时间不超过l〇s,将坯 料用压力机压板5压入己加热的挤压模具中,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;
[0031]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;
[0032]步骤四、重复步骤三的操作,完成对坯料⑹正反向的多道次挤压;
[0033] 步骤五、将步骤四完成挤压的坯料⑹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°C,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⑴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)压入己加热的挤压模具中,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⑹正反向的多道次挤压; 步骤五、将步骤四完成挤压的坯料⑹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⑴沿中心线⑵的梯形截面的侧边⑶与中心线⑵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⑷。
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⑹的整体表面涂覆高温合金润滑剂,高温合金铸锭和坯料⑹入炉 加热前用厚度为2〜3mm石棉包裹。
5.根据权利要求1所述的祸轮盘尚温合金铸徒的挤压开还方法,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1100〜115(TC,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800〜90(TC,保温时间为2min/mm,转移时间不超过i〇s。
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⑹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还方法,其特征在于:制造挤压 模具的材料为K3合金。
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