CN107321901A - 提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：a、通过仿真模拟待加工零件的镦粗工艺，获取待加工零件镦粗时的变形区域分布；b、依据变形区域内的自由变形区分布情况，获取特制甩子的内腔形状及尺寸；c、制作获取特制甩子；d、下料加热后通过特制甩子将坯料中部甩至规定尺寸；e、进行后续的坯料锻造，获取晶粒均匀的零件产品。显著提高了锻件在横截面上变形的均匀性，从而达到提高晶粒均匀性的目的，克服了现有工艺中存在的缺陷。适应于各类盘式零件或环形零件的锻造加工。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机零件制造技术领域，特别地，涉及一种提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法。
背景技术
高温合金盘件或环件在航空发动机中应用非常广泛。目前对于一些盘件和环件的生产有采用自由锻工艺，其工艺流程为：下料→加热→镦粗，或者下料→加热镦粗→(加热)→冲孔→(加热)→扩孔。该工艺有一个显著的缺点就是锻造完成之后，横截面上的晶粒度不均匀，从而导致废品的产生，造成巨大的经济损失。经分析，这种缺陷的产生主要是由于变形不均匀造成。普通棒料经镦粗之后，其横截面按变形量大小依次可分为：易变形区、自由变形区和难变形区。其中难变形区变形量极小，几乎没有变形。自由变形区变形量较小，易变形区变形量最大。由于变形量小，难变形区和自由变形区的晶粒通常会比易变形区的要大。特别是自由变形区，其变形量很容易落入金属的临界变形区，造成晶粒的异常长大，更加加大了晶粒的不均匀性。
发明内容
本发明提供了一种提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法，以解决现有高温合金盘件或环件的锻造工艺容易导致晶粒不均匀的技术问题。
本发明提供一种提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法，包括以下步骤：a、通过仿真模拟待加工零件的镦粗工艺，获取待加工零件镦粗时的变形区域分布；b、依据变形区域内的自由变形区分布情况，获取特制甩子的内腔形状及尺寸；c、制作获取特制甩子；d、下料加热后通过特制甩子将坯料中部甩至规定尺寸；e、进行后续的坯料锻造，获取晶粒均匀的零件产品。
进一步地，步骤a中，通过仿真模拟获取特制甩子的截面形状的满足条件。
进一步地，特制甩子的截面形状满足以下条件：
其中
K为形状控制系数；
x、y分别为x-y坐标系中两坐标轴；
a∈[0.7，0.9]；
H1为初始棒料的高度；
D1为初始棒料的直径；
R1为初始棒料的半径；
H2为棒料经镦粗后的高度；
μ为锤砧与坯料之间的摩擦系数。
进一步地，步骤d中，下料加热具体为：按照待加工零件的规格下料，下料长度为直径的1-1.2倍，当直径大时取小值，直径小时取大值；下料的坯料置于加热炉中加热至坯料材料的始锻温度。
进一步地，坯料利用特制甩子在锻锤或压机上将坯料的中间部位甩至规定尺寸。
进一步地，步骤e中，盘件零件的后续坯料锻造包括：两端车锥以及镦粗。
进一步地，盘件零件的后续坯料锻造具体为：待到坯料冷却后，将坯料两端车成锥体；将处理后的坯料置于加热炉中加热至规定温度；将加热后的坯料用压力机或锻锤镦粗至规定尺寸。
进一步地，将棒料按预定尺寸下料后，放入电炉中加热至800℃～1500℃，保温大约50min～90min后出炉；然后利用已经预热至180℃～400℃的特制甩子，将坯料中部甩至规定尺寸；甩完之后待坯料冷却，在车床上将坯料两端车锥；车锥完成之后将坯料置于800℃～1500℃的电炉中加热30min～100min；然后出炉将坯料高度镦至30mm～90mm；至此，盘件生产结束。
进一步地，步骤e中，环件零件的后续坯料锻造包括：镦粗、冲孔及扩孔。
进一步地，环件零件的后续坯料锻造具体为：坯料趁热或者回炉加温至规定温度，镦粗至规定尺寸；坯料趁热或者回炉加温至规定温度后，利用冲子进行冲孔；坯料趁热或者回炉加温至规定温度后，进行扩孔。
本发明具有以下有益效果：
本发明提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法，通过仿真模拟零件的镦粗工艺，获取零件的变形区分布情况；依据零件的自由变形区分布情况，获取特征甩子的内腔形状和尺寸；在锻造工艺前，通过将加热后的坯料先进行甩中部处理，消减零件的自由变形区；然后再按照正常的锻造工艺进行锻造，从而得到晶粒均匀的零件产品。显著提高了锻件在横截面上变形的均匀性，从而达到提高晶粒均匀性的目的，克服了现有工艺中存在的缺陷。适应于各类盘式零件或环形零件的锻造加工。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法的步骤流程图；
图2是本发明优选实施例的特制甩子的结构示意图；
图3是图2的剖视图；
图4是本发明优选实施例的仿真模拟零件普通镦粗时变形的分布图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1是本发明优选实施例的提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法的步骤流程图；图2是本发明优选实施例的特制甩子的结构示意图；图3是图2的剖视图；图4是本发明优选实施例的仿真模拟零件普通镦粗时变形的分布图。
如图1和图4所示，本实施例的提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法，包括以下步骤：a、通过仿真模拟待加工零件的镦粗工艺，获取待加工零件镦粗时的变形区域分布；b、依据变形区域内的自由变形区分布情况，获取特制甩子的内腔形状及尺寸；c、制作获取特制甩子；d、下料加热后通过特制甩子将坯料中部甩至规定尺寸；e、进行后续的坯料锻造，获取晶粒均匀的零件产品。本发明提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法，通过仿真模拟零件的镦粗工艺，获取零件的变形区分布情况；依据零件的自由变形区分布情况，获取特征甩子的内腔形状和尺寸；在锻造工艺前，通过将加热后的坯料先进行甩中部处理，消减零件的自由变形区；然后再按照正常的锻造工艺进行锻造，从而得到晶粒均匀的零件产品。显著提高了锻件在横截面上变形的均匀性，从而达到提高晶粒均匀性的目的，克服了现有工艺中存在的缺陷。适应于各类盘式零件或环形零件的锻造加工。
如图2和图3所示，本实施例中，步骤a中，通过仿真模拟获取特制甩子的截面形状的满足条件。
如图2和图3所示，本实施例中，特制甩子的截面形状满足以下条件：
其中
K为形状控制系数；
x、y分别为x-y坐标系中两坐标轴；
a∈[0.7，0.9]；
H1为初始棒料的高度；
D1为初始棒料的直径；
R1为初始棒料的半径；
H2为棒料经镦粗后的高度；
μ为锤砧与坯料之间的摩擦系数。依据零件的自由变形区分布情况，以最大消减自由变形区的外形结构制作特制甩子。特制甩子的内腔尺寸是依据下料零件尺寸并根据模拟仿真技术获得。关于公式获得的说明：该公式是基于对不同条件下的棒料镦粗的仿真数据，根据变形场的形状，通过数据拟合的方式得到的一个经验公式。通过经验公式计算获取形状控制系数K，从而得到特制甩子的形状曲线，获取特制甩子的截面形状。
如图1所示，本实施例中，步骤d中，下料加热具体为：按照待加工零件的规格下料，下料长度为直径的1-1.2倍，当直径较大时取小值，直径较小时取大值。其中的较大与较小是相对概念，相对于本领域内该零件的尺寸大小灵活选用。下料的坯料置于加热炉中加热至坯料材料的始锻温度。
如图1、图2和图3所示，本实施例中，坯料利用特制甩子在锻锤或压机上将坯料的中间部位甩至规定尺寸。从而消减零件的自由变形区。
如图1所示，本实施例中，步骤e中，盘件零件的后续坯料锻造包括：两端车锥以及镦粗。消减零件自由变形区的同时消减边缘部位的部分易变形区，从而保证锻造加工的盘件的晶粒均匀性。
如图1所示，本实施例中，盘件零件的后续坯料锻造具体为：待到坯料冷却后，将坯料两端车成锥体；将处理后的坯料置于加热炉中加热至规定温度；将加热后的坯料用压力机或锻锤镦粗至规定尺寸。
如图1所示，本实施例中，将棒料按预定尺寸下料后，放入电炉中加热至800℃～1500℃，保温大约50min～90min后出炉；然后利用已经预热至180℃～400℃的特制甩子，将坯料中部甩至规定尺寸；甩完之后待坯料冷却，在车床上将坯料两端车锥；车锥完成之后将坯料置于800℃～1500℃的电炉中加热30min～100min；然后出炉将坯料高度镦至30mm～90mm；至此，盘件生产结束。
如图1所示，本实施例中，步骤e中，环件零件的后续坯料锻造包括：镦粗、冲孔及扩孔。
如图1所示，本实施例中，环件零件的后续坯料锻造具体为：坯料趁热或者回炉加温至规定温度，镦粗至规定尺寸；坯料趁热或者回炉加温至规定温度后，利用冲子进行冲孔；坯料趁热或者回炉加温至规定温度后，进行扩孔。
实施时，提供一种提高高温合金盘件或环件晶粒均匀性的锻造方法，锻造盘件零件，其技术方案包括以下步骤：
1.按规格下料的坯料置于加热炉中加热至该种材料的始锻温度。
2.对步骤1所述的坯料，利用特制的甩子在锻锤或压机上将坯料的中间部位甩至规定尺寸。
3.步骤2所述之特制甩子，其截面形状需满足以下条件(图形见图2和图3)：
其中
K为形状控制系数；
x、y分别为x-y坐标系中两坐标轴；
a∈[0.7，0.9]；
H1为初始棒料的高度；
D1为初始棒料的直径；
R1为初始棒料的半径；
H2为棒料经镦粗后的高度；
μ为锤砧与坯料之间的摩擦系数。
4.待步骤2所述之坯料冷却之后，将坯料两端车成椎体。
5.将步骤4处理后的坯料置于加热炉中加热至规定的温度。
6.将经步骤5处理后的坯料用压力机或者锻锤镦粗至规定尺寸。
至此高温合金盘件的锻造工艺完毕。
提供一种提高高温合金盘件或环件晶粒均匀性的锻造方法，生产高温合金环件，按以下步骤进行：
1.按规格下料的坯料置于加热炉中加热至该种材料的始锻温度。
2.对步骤1所述的坯料，利用特制的甩子在锻锤或压机上将坯料的中间部位甩至规定尺寸。
3.步骤2所述之特制甩子，其截面形状需满足以下条件(图形见图2和图3)：
其中
K为形状控制系数；
x、y分别为x-y坐标系中两坐标轴；
a∈[0.7，0.9]；
H1为初始棒料的高度；
D1为初始棒料的直径；
R1为初始棒料的半径；
H2为棒料经镦粗后的高度；
μ为锤砧与坯料之间的摩擦系数。
4.将经步骤2处理后的坯料趁热或者回炉加热至规定温度镦粗至规定尺寸。
5.将经步骤4处理后的坯料趁热或者回炉加热至规定温度后，利用冲子进行冲孔。
6.将经步骤5处理后的坯料趁热或者回炉加热至规定温度后，进行扩孔。
本发明提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法，显著提高了锻件在横截面上变形的均匀性，从而达到提高晶粒均匀性的目的。本发明相对于现有工艺，具有明显的技术效果，克服了现有工艺中存在的缺陷。
下面结合前述工艺流程图阐述GH2132盘件的生产工艺流程，具体为：将棒料按Φ200mm×220mm下料后，放入电炉中加热至1170℃，保温大约75min后出炉。然后利用已经预热至250-300℃的特制甩子，将棒料中部甩至规定尺寸。甩完之后待坯料冷却，在车床上将坯料两端车锥，车锥后坯料尺寸如图4所示。车锥完成之后将坯料置于1170℃的电炉中加热约60min，然后出炉将坯料高度镦至60mm。至此，GH2132盘件生产结束。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法，其特征在于，
包括以下步骤：
a、通过仿真模拟待加工零件的镦粗工艺，获取待加工零件镦粗时的变形区域分布；
b、依据变形区域内的自由变形区分布情况，获取特制甩子的内腔形状及尺寸；
c、制作获取所述特制甩子；
d、下料加热后通过所述特制甩子将坯料中部甩至规定尺寸；
e、进行后续的坯料锻造，获取晶粒均匀的零件产品。
2.根据权利要求1所述的提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法，其特征在于，
步骤a中，通过仿真模拟获取特制甩子的截面形状的满足条件。
3.根据权利要求2所述的提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法，其特征在于，
所述特制甩子的截面形状满足以下条件：
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其中
K为形状控制系数；
x、y分别为x-y坐标系中两坐标轴；
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a∈[0.7，0.9]；
H1为初始棒料的高度；
D1为初始棒料的直径；
R1为初始棒料的半径；
H2为棒料经镦粗后的高度；
μ为锤砧与坯料之间的摩擦系数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法，其特征在于，
步骤d中，下料加热具体为：
按照待加工零件的规格下料，下料长度为直径的1-1.2倍，当直径大时取小值，直径小时取大值；
下料的坯料置于加热炉中加热至坯料材料的始锻温度。
5.根据权利要求4所述的提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法，其特征在于，
坯料利用特制甩子在锻锤或压机上将坯料的中间部位甩至规定尺寸。
6.根据权利要求5所述的提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法，其特征在于，
步骤e中，盘件零件的后续坯料锻造包括：两端车锥以及镦粗。
7.根据权利要求6所述的提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法，其特征在于，
盘件零件的后续坯料锻造具体为：
待到坯料冷却后，将坯料两端车成锥体；
将处理后的坯料置于加热炉中加热至规定温度；
将加热后的坯料用压力机或锻锤镦粗至规定尺寸。
8.根据权利要求7所述的提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法，其特征在于，
将棒料按预定尺寸下料后，放入电炉中加热至800℃～1500℃，保温大约50min～90min后出炉；
然后利用已经预热至180℃～400℃的特制甩子，将坯料中部甩至规定尺寸；
甩完之后待坯料冷却，在车床上将坯料两端车锥；
车锥完成之后将坯料置于800℃～1500℃的电炉中加热30min～100min；
然后出炉将坯料高度镦至30mm～90mm；
至此，盘件生产结束。
9.根据权利要求5所述的提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法，其特征在于，
步骤e中，环件零件的后续坯料锻造包括：
镦粗、冲孔及扩孔。
10.根据权利要求9所述的提高高温合金盘件或环件的晶粒均匀度的锻造方法，其特征在于，
环件零件的后续坯料锻造具体为：
坯料趁热或者回炉加温至规定温度，镦粗至规定尺寸；
坯料趁热或者回炉加温至规定温度后，利用冲子进行冲孔；
坯料趁热或者回炉加温至规定温度后，进行扩孔。
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