CN108746440A - 一种大型高温合金高筒形锻件分段轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大型高温合金高筒形锻件分段轧制方法，通过对坯料进行加热、锻造、扩孔和芯轴拔长后，先采用分段异形模具对环形坯料进行分段局部轧制，后采用直壁模具对分段局部轧制后的环件进行整体轧制，所述分段异形模具包括异形主辊和异形芯辊，异形主辊和异形芯辊的辊面与环形坯料的壁面局部接触；所述直壁模具包括直壁主辊和直壁芯辊，所述直壁主辊和直壁芯辊的辊面在轧制过程中与坯料部分接触，轧制完成后与坯料整体接触，并且在分段轧制后在环件的已轧制部分涂覆保温涂层，以保障后续轧制过程中环件整体的力学性能；通过该方法可以提升了材料的利用率和材料的力学性能和质量，同时降低对设备的轧制力要求。
Description
技术领域
本发明涉及合金锻造技术领域，尤其是一种大型高温合金高筒形锻件分段轧制方法。
背景技术
随着国内外航天工业、现代国防工业和交通运输业的飞速发展，航空航天用大型高温合金锻件的需求越来越旺盛，产品类型发展越来越趋向于大直径、长高度方向发展，但是对于大直径，长高度的筒形件来讲，由于高温合金变形抗力较大，目前的常规的生产设备无法满足其锻造需求，因此只能采用分段焊接的方法实现大高度锻件的锻造，例如1000mm高的高温合金环锻件的制造，需要先对3-4段200-300mm的高温合金环锻件进行单独锻造，然后再将各部分锻件焊接成整体，才能达到设计所需的高度，但是采用焊接工艺一方面降低了材料的利用率，另一方面也降低了焊接处材料的强度和延伸率，导致锻件的力学性能无法达到采用整体成形所达到的力学性能，导致产品的质量受到很大影响，而为了避免分段焊接造成的锻件力学性能的下降，如果投入大型辗环设备，则成本太高，生产经济性得不到保证，因此缺乏在不增加设备投入的前提下，能够利用现有设备实现大型高温合金高筒形环锻件分段成形的工艺。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种大型高温合金高筒形锻件分段轧制方法，从而实现大型高温合金高筒件的分段轧制成形，提升了材料的利用率和材料的力学性能和质量，大大降低了加工过程中对设备的轧制力需求。
本发明所采用的技术方案如下：
一种大型高温合金高筒形锻件分段轧制方法，先采用分段异形模具对环形坯料进行分段局部轧制，后采用直壁模具对局部轧制后的环件进行整体轧制，所述分段异形模具包括异形主辊和异形芯辊，所述异形主辊和异形芯辊的辊面与环形坯料的壁面局部接触；所述直壁模具包括直壁主辊和直壁芯辊，在整体轧制的初始阶段，所述直壁主辊的辊面与局部轧制后已轧制部分的外壁相接触，所述直壁芯辊的辊面与局部轧制后未轧制部分的内壁相接触，具体包括以下步骤：
步骤一：加热，加热坯料至1000℃-1100℃，保温后出炉；
步骤二：锻造，步骤一中加热好的坯料在压力机上镦饼、冲孔，加工成预定尺寸的带孔环形坯料；
步骤三：扩孔，将步骤二中加工好的带孔环形坯料再次加热至1000℃-1100℃，保温后出炉，进行马架扩孔，使带孔环形坯料的高度不变，内外径均增大；
步骤四：芯轴拔长，对步骤三中加工好的坯料进行芯轴拔长；
步骤五：局部轧环，对步骤四中获得的坯料采用分段异形模具进行分段局部分段轧制，在异形主辊和异形芯辊的轧制作用下，与分段异形模具相接触部分的环件的内外径均增大；
步骤六：加热锻造，将步骤五中已轧制的部分涂抹保温涂层及保温棉，并将环件整体加热至预定温度，并保温；
步骤七：整体轧环，采用直壁模具对步骤六中获得的坯料进行整体轧制，在轧制的初始阶段，所述直壁主辊的辊面与已轧制部分的环件的外壁相接触，并以其为基准面，所述直壁芯辊的辊面与未轧制部分环件的内壁相接触，并沿所述基准面方向对未轧制部分的环件进行轧制，直至将环件整体轧制至预定尺寸；
步骤八：轧环结束后，将锻件空冷至室温；
步骤九：对环件进行固溶热处理；
步骤十：检查环件的晶粒度。
其进一步技术方案在于：
所述步骤一中：坯料加热的初始温度≤500℃，3-4h内升温至850-900℃，并保温8-10h，之后3-4h内继续升温至1000℃-1100℃，保温7-8h后出炉。
所述步骤三中：将步骤二中加工好的带孔环形坯料再次加热至1000℃-1100℃，保温2-3h后出炉。
所述步骤十中，检查环件的晶粒度达4-5级。
本发明的有益效果如下：
1、本发明通过改进现有的锻造工艺，先后采用分段异形模具、直壁模具对扩孔、芯轴拔长后的环形坯料进行局部分段轧环后，再进行整体化轧环，与采用若干短坯料进行单独轧制后再焊接成整体的技术相比，提高了产品的力学性能和质量；同时在不增加设备投入的前提下，采用常规的轧环设备进行整体化轧环，大大降低了设备所需的轧制力，降低了生产成本。
2、本发明将分段局部轧制成形后的已轧制的各部分涂抹保温涂层和保温棉，以控制局部轧环后的环件在整体加热过程中的温度，同时避免已轧环部分的环件由于升温过快而导致力学性能下降，保证了已轧环部分的材料的强度。
3、本发明与采用若干短坯料进行单独轧制后再焊接成整体的技术相比，提高了原材料的利用率，节约资源，提高了环件整体力学性能的均匀性。
附图说明
图1为本发明步骤五中局部轧环前的状态图。
图2为本发明步骤五中局部轧环后的状态图。
图3为本发明步骤七中整体轧环前的状态图
图4为本发明步骤七中整体轧环后的状态图。
其中：1、异形主辊；2、异形芯辊；3、直壁主辊；4、直壁芯辊。
具体实施方式
本发明的具体实施方式：
本实施例的大型高温合金高筒形锻件分段轧制方法，先采用分段异形模具对环形坯料进行分段局部轧制，后采用直壁模具对局部轧制后的环件进行整体轧制，分段异形模具包括异形主辊1和异形芯辊2，异形主辊1和异形芯辊2的辊面与环形坯料的壁面局部接触；直壁模具包括直壁主辊3和直壁芯辊4，在整体轧制的初始阶段，直壁主辊3的辊面与局部轧制后已轧制部分的外壁相接触，直壁芯辊4的辊面与局部轧制后未轧制部分的内壁相接触，具体包括以下步骤：
步骤一：加热，加热坯料至1000℃-1100℃，保温后出炉；
步骤二：锻造，步骤一中加热好的坯料在压力机上镦饼、冲孔，加工成预定尺寸的带孔环形坯料；
步骤三：扩孔，将步骤二中加工好的带孔环形坯料再次加热至1000℃-1100℃，保温后出炉，进行马架扩孔，使带孔环形坯料的高度不变，内外径均增大；
步骤四：芯轴拔长，对步骤三中加工好的坯料进行芯轴拔长；
步骤五：局部轧环，对步骤四中获得的坯料采用分段异形模具进行分段局部分段轧制，在异形主辊1和异形芯辊2的轧制作用下，与分段异形模具相接触部分的环件的内外径均增大；
步骤六：加热锻造，将步骤五中已轧制的部分涂抹保温涂层及保温棉，并将环件整体加热至预定温度，并保温；
步骤七：整体轧环，采用直壁模具对步骤六中获得的坯料进行整体轧制，在轧制的初始阶段，直壁主辊3的辊面与已轧制部分的环件的外壁相接触，并以其为基准面，直壁芯辊4的辊面与未轧制部分环件的内壁相接触，并沿基准面方向对未轧制部分的环件进行轧制，直至将环件整体轧制至预定尺寸；
步骤八：轧环结束后，将锻件空冷至室温；
步骤九：对环件进行固溶热处理；
步骤十：检查环件的晶粒度。
步骤一中：坯料加热的初始温度≤500℃，3-4h内升温至850-900℃，并保温8-10h，之后3-4h内继续升温至1000℃-1100℃，保温7-8h后出炉。
步骤三中：将步骤二中加工好的带孔环形坯料再次加热至1000℃-1100℃，保温2-3h后出炉。
步骤十中，检查环件的晶粒度达4-5级，为满足力学性能要求。
实施例一：
本实施例的一种大型高温合金高筒形锻件分段轧制方法，先采用分段异形模具对环形坯料进行分段局部轧制，后采用直壁模具对局部轧制后的环件进行整体轧制，所述分段异形模具包括异形主辊1和异形芯辊2，所述异形主辊1和异形芯辊2的辊面与环形坯料的壁面局部接触；所述直壁模具包括直壁主辊3和直壁芯辊4，在整体轧制的初始阶段，所述直壁主辊3的辊面与局部轧制后已轧制部分的外壁相接触，所述直壁芯辊4的辊面与局部轧制后未轧制部分的内壁相接触，具体包括以下步骤：
步骤一：加热，将2吨高温合计棒材以500℃入炉，3-4h内升温至900℃，并保温8h，之后3h内继续升温至1100℃，保温7h-8h后出炉；
步骤二：锻造，步骤一中加热好的坯料在压力机上镦饼、冲孔，加工成尺寸为Φ700×Φ300×700的带孔环形坯料；
步骤三：扩孔，将步骤二中加工好的带孔环形坯料再次加热至1100℃，保温3h后出炉，进行马架扩孔，使带孔环形坯料的高度不变，内外径均增大；
步骤四：芯轴拔长，对步骤三中加工好的坯料进行芯轴拔长至Φ610×Φ300×1000；
步骤五：局部轧环，如图1所示，对步骤四中获得的坯料采用分段异形模具进行局部分段轧制，与分段异形模具接触部分的环件的内外径均增大，保证外径最大处尺寸为1130mm；
步骤六：加热锻造，将步骤五中已经轧制的部分涂抹保温涂层及保温棉，并将环件整体加热至预定温度，并保温；
步骤七：整体轧环，如图2所示，采用直壁模具对步骤六中获得的坯料进行轧制，所述直壁主辊3的辊面与已轧制部分的环件的外壁相接触，并以其为基准面，所述直壁芯辊4的辊面与未轧制部分环件的内壁相接触，并沿所述基准面方向对未轧制部分的环件进行轧制，直到轧制尺寸为Φ1130×Φ1000×1000；
步骤八：轧环结束后，将锻件空冷至室温；
步骤九：对环件进行固溶热处理；
步骤十：检查环件的晶粒度达4-5级。
实施例二：
本实施例的一种大型高温合金高筒形锻件分段轧制方法，先采用分段异形模具对环形坯料进行分段局部轧制，后采用直壁模具对局部轧制后的环件进行整体轧制，所述分段异形模具包括异形主辊1和异形芯辊2，所述异形主辊1和异形芯辊2的辊面与环形坯料的壁面局部接触；所述直壁模具包括直壁主辊3和直壁芯辊4，在整体轧制的初始阶段，所述直壁主辊3的辊面与局部轧制后已轧制部分的外壁相接触，所述直壁芯辊4的辊面与局部轧制后未轧制部分的内壁相接触，具体包括以下步骤：
步骤一：加热，将2吨高温合计棒材以450℃入炉，3h-4h内升温至850℃，并保温10h，之后4h内继续升温至1000℃，保温7h-8h后出炉；
步骤二：锻造，步骤一中加热好的坯料在压力机上镦饼、冲孔，加工成尺寸为Φ700×Φ300×700的带孔环形坯料；
步骤三：扩孔，将步骤二中加工好的带孔环形坯料再次加热至1000℃，保温3h后出炉，进行马架扩孔，使带孔环形坯料的高度不变，内外径均增大；
步骤四：芯轴拔长，对步骤三中加工好的坯料进行芯轴拔长至Φ610×Φ300×1000；
步骤五：局部轧环，如图1所示，对步骤四中获得的坯料采用分段异形模具进行局部分段轧制，与分段异形模具接触部分的环件的内外径均增大，保证外径最大处尺寸为1130mm；
步骤六：加热锻造，将步骤五中已经轧制的部分涂抹保温涂层及保温棉，并将环件整体加热至预定温度，并保温；
步骤七：整体轧环，如图2所示，采用直壁模具对步骤六中获得的坯料轧制，所述直壁主辊3的辊面与已轧制部分的环件的外壁相接触，并以其为基准面，所述直壁芯辊4的辊面与未轧制部分环件的内壁相接触，并沿所述基准面方向对未轧制部分的环件进行轧制，直到轧制尺寸为Φ1130×Φ1000×1000；
步骤八：轧环结束后，将锻件空冷至室温；
步骤九：对环件进行固溶热处理；
步骤十：检查环件的晶粒度达4-5级。
实施例三：
本实施例的一种大型高温合金高筒形锻件分段轧制方法，其特征在于：先采用分段异形模具对环形坯料进行分段局部轧制，后采用直壁模具对局部轧制后的环件进行整体轧制，所述分段异形模具包括异形主辊1和异形芯辊2，所述异形主辊1和异形芯辊2的辊面与环形坯料的壁面局部接触；所述直壁模具包括直壁主辊3和直壁芯辊4，在整体轧制的初始阶段，所述直壁主辊3的辊面与局部轧制后已轧制部分的外壁相接触，所述直壁芯辊4的辊面与局部轧制后未轧制部分的内壁相接触，具体包括以下步骤：
步骤一：加热，将2吨高温合计棒材以480℃入炉，3h-4h内升温至870℃，并保温9h，之后4h内继续升温至1050℃，保温7h-8h后出炉；
步骤二：锻造，步骤一中加热好的坯料在压力机上镦饼、冲孔，加工成尺寸为Φ700×Φ300×700的带孔环形坯料；
步骤三：扩孔，将步骤二中加工好的带孔环形坯料再次加热至1050℃，保温2-3h后出炉，进行马架扩孔，使带孔环形坯料的高度不变，内外径均增大；
步骤四：芯轴拔长，对步骤三中加工好的坯料进行芯轴拔长至Φ610×Φ300×1000；
步骤五：局部轧环，如图1所示，对步骤四中获得的坯料采用分段异形模具进行局部分段轧制，与分段异形模具接触部分的环件的内外径均增大，保证外径最大处尺寸为1130mm；
步骤六：加热锻造，将步骤五中已经轧制的部分涂抹保温涂层及保温棉，并将环件整体加热至预定温度，并保温；
步骤七：整体轧环，如图2所示，采用直壁模具对步骤六中获得的坯料轧制，所述直壁主辊3的辊面与已轧制部分的环件的外壁相接触，并以其为基准面，所述直壁芯辊4的辊面与未轧制部分环件的内壁相接触，并沿所述基准面方向对未轧制部分的环件进行轧制，直到轧制尺寸为Φ1130×Φ1000×1000；
步骤八：轧环结束后，将锻件空冷至室温；
步骤九：对环件进行固溶热处理；
步骤十：检查环件的晶粒度达4-5级。
通过上述工艺步骤，可以方便的实现大型高温合金高筒锻件的分段轧制成型，提升了材料的利用率，提高锻件的力学性能和质量，同时降低了加工过程中对设备的轧制力需求。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (4)
1.一种大型高温合金高筒形锻件分段轧制方法，其特征在于：先采用分段异形模具对环形坯料进行分段局部轧制，后采用直壁模具对局部轧制后的环件进行整体轧制，所述分段异形模具包括异形主辊(1)和异形芯辊(2)，所述异形主辊(1)和异形芯辊(2)的辊面与环形坯料的壁面局部接触；所述直壁模具包括直壁主辊(3)和直壁芯辊(4)，在整体轧制的初始阶段，所述直壁主辊(3)的辊面与局部轧制后已轧制部分的外壁相接触，所述直壁芯辊(4)的辊面与局部轧制后未轧制部分的内壁相接触，具体包括以下步骤：
步骤一：加热，加热坯料至1000℃-1100℃，保温后出炉；
步骤二：锻造，步骤一中加热好的坯料在压力机上镦饼、冲孔，加工成预定尺寸的带孔环形坯料；
步骤三：扩孔，将步骤二中加工好的带孔环形坯料再次加热至1000℃-1100℃，保温后出炉，进行马架扩孔，使带孔环形坯料的高度不变，内外径均增大；
步骤四：芯轴拔长，对步骤三中加工好的坯料进行芯轴拔长；
步骤五：局部轧环，对步骤四中获得的坯料采用分段异形模具进行分段局部分段轧制，在异形主辊(1)和异形芯辊(2)的轧制作用下，与分段异形模具相接触部分的环件的内外径均增大；
步骤六：加热锻造，将步骤五中已轧制的部分涂抹保温涂层及保温棉，并将环件整体加热至预定温度，并保温；
步骤七：整体轧环，采用直壁模具对步骤六中获得的坯料进行整体轧制，在轧制的初始阶段，所述直壁主辊(3)的辊面与已轧制部分的环件的外壁相接触，并以其为基准面，所述直壁芯辊(4)的辊面与未轧制部分环件的内壁相接触，并沿所述基准面方向对未轧制部分的环件进行轧制，直至将环件整体轧制至预定尺寸；
步骤八：轧环结束后，将锻件空冷至室温；
步骤九：对环件进行固溶热处理；
步骤十：检查环件的晶粒度。
2.如权利要求1所述的一种大型高温合金高筒形锻件分段轧制方法，其特征在于：所述步骤一中：坯料加热的初始温度≤500℃，3-4h内升温至850-900℃，并保温8-10h，之后3-4h内继续升温至1000℃-1100℃，保温7-8h后出炉。
3.如权利要求1所述的一种大型高温合金高筒形锻件分段轧制方法，其特征在于：所述步骤三中：将步骤二中加工好的带孔环形坯料再次加热至1000℃-1100℃，保温2-3h后出炉。
4.如权利要求1所述的一种大型高温合金高筒形锻件分段轧制方法，其特征在于：所述步骤十中，检查环件的晶粒度达4-5级。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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