CN109530607A - 一种718plus异形环锻件成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锻件制备技术领域，尤其是一种718plus异形环锻件成形方法，采用逐步的聚料和轧制生产718plus异形环锻件，具体包括以下步骤：下料、镦粗冲孔、马架扩孔平端面、矩形预轧、异形预轧、终轧步骤。本发明在加工过程中采用胎膜进行镦粗冲孔，能消除坯料出现的鼓肚，提高坯料质量和产品一致性；采用保温涂料、石棉处理坯料，能防止坯料出现裂纹，保持良好的加工性能。本制造方法生产的718plus环锻件，外形尺寸满足零件加工要求，且易成形；制造过程中机加工去除的余量较小，且生产周期短，材料利用率高，成本低；能有效的减少坯料表面开裂，并通过控制锻造温度，获得符合锻件标准要求的组织和性能。
Description
技术领域
本发明属于锻件制备技术领域，尤其是一种异形718plus异形环锻件成形方法。
背景技术
718Plus合金是一种沉淀硬化镍基高温合金,具有优越的高温性能和良好的加工性。这种合金设计时兼顾了Waspaloy的高温性能和热稳定性以及718合金的优良加工性，是首选的民用航空发动机优质旋转部件；但718plus合金的锻造温度范围窄，容易产生锻造裂纹。若选用锻造温度偏低，则材料表面裂纹严重，若温度高则晶粒度较粗导致组织性能不能满足使用要求。因此718Plus合金锻件的组织和性能在锻造过程中不易控制。
民用航空发动机异形支撑环属于内外径形状复杂异形环锻件，内径高度有两个凸台，外径有一处缺口，锻件外形如附图1所示，根据标准JB/T 10478-2004中复杂因素S的计算方法，通过计算得异形环件形状复杂因素S＝0.67，为S1组。民用航空发动机异形支撑环在制坯工序和聚料的生产过程中，因不均匀的变形和718plus材料固有的缺点，容易出现坯料开裂造成尺寸不合格的情况，或者组织性能不合格的情况。传统生产此类锻件的方法为简单的内径异形+矩形外径或者将坯料直接轧制成矩形件进行机加，这种方法生产存在以下缺点：
1、材料利用率低，后续机加去除量大，扩大生产制造周期；
2、材料流动困难，不易成形。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明采用逐步聚料和轧制生产民用航空发动机异形支撑环，具体是通过以下技术方案实现的：
一种718plus异形环锻件成形方法，其特征在于，包括下料、镦粗冲孔、马架扩孔平端面、矩形预轧、异形预轧、终轧步骤。
优选地，所述的718plus异形环锻件成形方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)下料：将718plus棒材按一定的规格锯切；
(2)镦粗冲孔：将锯切好的718plus棒材加热保温后，按照附图11所示进行胎膜镦粗冲孔，终锻温度≥900℃，得坯料1；
(3)马架扩孔平端面：在坯料1表面涂刷保温涂料，加热保温后，进行马架扩孔，马架扩孔变形量为18％～25％，终锻温度≥900℃，得坯料2；
(4)矩形预轧：在坯料2表面涂刷保温涂料并用石棉包裹，加热保温后，进行预轧，预轧变形量为18％～25％，终锻温度≥900℃，得矩形坯料；
(5)异形预轧：在矩形坯料表面涂刷保温涂料并用石棉包裹，加热保温后，按照附图8所示进行预轧，预轧变形量为15％～20％，终锻温度≥900℃，得异形预轧坯料，如附图9所示；
(6)终轧：在异形预轧坯料表面涂刷保温涂料并用石棉包裹，加热保温后，按照附图10所示进行终轧，终轧变形量为15％～20％，终锻温度≥900℃，得锻件。
优选地，所述的步骤(2)，加热保温是将718plus棒材置于1080～1130℃的加热温度下保温t1+30min～t1+180min；其中，t1是指718plus棒材中心的温度在加热时升高到比加热温度低14℃所需要的时间。
优选地，其特征在于，所述的步骤(3)，加热保温是将坯料1置于1000～1050℃的加热温度下保温t2+30min～t2+180min；其中，t2是指坯料1中心的温度在加热时升高到比加热温度低14℃所需要的时间。
优选地，所述的步骤(4)，加热保温是将坯料2置于1000～1050℃的加热温度下保温t3+30min～t3+180min；其中，t3是指坯料2中心的温度在加热时升高到比加热温度低14℃所需要的时间。
优选地，所述的步骤(5)，加热保温是将矩形坯料置于1000～1050℃的加热温度下保温t4+30min～t4+180min；其中，t4是指矩形坯料中心的温度在加热时升高到比加热温度低14℃所需要的时间。
优选地，所述的步骤(6)，加热保温是将异形预轧坯料置于1000～1050℃的加热温度下保温t5+30min～t5+180min；其中，t5是指异形预轧坯料中心的温度在加热时升高到比加热温度低14℃所需要的时间。
优选地，所述的步骤(5)，矩形坯料在进行预轧时根据异形芯辊模3具分为上段、中段、下段，如附图12所示，矩形坯料的整体高度为h，下段的高度为h1、体积为v1，中段的高度为h2、体积为v2，上段的高度为h3、体积为v3；开始预轧时，矩形坯料的上段、下段先接触异形芯辊模具发生形变，中段未接触；而后随着预轧的进行，坯料的上段、下段厚度逐渐减小，高度h3、h1逐渐增加，中段开始贴向异形芯辊模具，h2逐渐减小，达到中段高度聚料，当h3、h1增加到1/4h～1/3h时，坯料的外径达到要求尺寸，轧制完成，得异形预轧坯料，如附图12所示，异形预轧坯料的整体高度H，与矩形坯料相对应的上段、中段、下段的体积分别为V3、V2、V1，高度分别为H1、H2、H3；预轧后，v1＝V1，v2＝V2，v3＝V3，H≈1.1h。
本发明对718plus环锻件成形方案进行了研究,采用了3种不同的方案对矩形预轧后获得的矩形坯料进行轧制成形，检测了成形锻件的复杂因素S和重量；具体成形方案及及检测结果如以下所述：
方案A：将矩形坯料进行两次矩形轧制，获得如图2所示的锻件，复杂因素S＝1，重量134kg；
方案B：将矩形坯料进行两次异形芯辊、主辊矩形轧制，如图5～图7所示，获得如图3所示的锻件，复杂因素S＝0.71，重量97kg；
方案C：将矩形坯料进形一次异形芯辊、矩形主辊的异形预轧后，再进行一次异形芯辊、异形主辊的终轧，如图8～图10所示，获得如图4所示的锻件，复杂因素S＝1，重量90.5kg。
从上述可知，方案A成形简单，但原材料利用率低，机加去除量大，不宜采用方案A成形；方案B、方案C的成形难易程度相近，方案C成形的锻件更加省料，更有利于后续机加，因此本发明选择方案C对矩形预轧后获得的矩形坯料进行轧制成形。
本发明的有益效果在于：
本发明在加工过程中采用胎膜进行镦粗冲孔，能消除坯料出现的鼓肚，提高坯料质量和产品一致性；采用保温涂料、石棉处理坯料，能防止坯料出现裂纹，保持良好的加工性能。本制造方法生产的718plus环锻件，外形尺寸满足零件加工要求，且易成形；制造过程中机加工去除的余量较小，更能保持锻件流线的完整，且生产周期短，材料利用率高，成本低；能有效的减少坯料表面开裂，并通过控制锻造温度，获得符合锻件标准要求的组织和性能。
附图说明
图1为民用航空发动机异形支撑环锻件示意图。
图2为方案A成形锻件的结构示意图。
图3为方案B成形锻件的结构示意图。
图4为方案C成形锻件的结构示意图。
图5为方案B中第1次异形芯辊、矩形主辊轧制示意图。
图6为方案B中第1次异形芯辊、矩形主辊轧制后的坯料形状。
图7为方案B中第2次异形芯辊、矩形主辊轧制示意图。
图8为异形预轧示意图。
图9为异形预轧坯料的构示意图。
图10为终轧示意图。
图11为胎膜镦粗冲孔示意图。
图12为矩形坯料在异形预轧过程的尺寸变化示意图。
1-异形芯辊1，2-矩形主辊1，3-矩形坯料，4-异形芯辊2，5-第1次异形芯辊、矩形主辊轧后的坯料，6-矩形主辊2，7-异形芯辊3，8-矩形主辊3，9-矩形坯料，10-异形芯辊4，11-异形预轧坯料，12-异形主辊，13-胎膜，14-718plus棒材，15-垫环，16-垫块。
具体实施方式
下面结核具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
一种718plus异形环锻件成形方法，包括以下步骤：
(1)下料：将718plus棒材按Φ150×300mm的规格锯切；
(2)镦粗冲孔：将锯切好的718plus棒材置于1080℃的加热温度下保温t1+180min，按照附图11所示进行胎膜镦粗冲孔，终锻温度≥900℃，得坯料1；其中，t1是指718plus棒材中心的温度在加热时升1066℃需要的时间；
(3)马架扩孔平端面：在坯料1表面涂刷保温涂料，置于1000℃的加热温度下保温t2+180min后，进行马架扩孔，马架扩孔变形量为18％，终锻温度≥900℃，得坯料2；其中，t2是指坯料1中心的温度在加热时升高986℃所需要的时间；
(4)矩形预轧：在坯料2表面涂刷保温涂料并用石棉包裹，置于1000℃的加热温度下保温t3+30min，进行预轧，预轧变形量为18％，终锻温度≥900℃，得矩形坯料；其中，t3是指坯料2中心的温度在加热时升高986℃所需要的时间；
(5)异形预轧：在矩形坯料表面涂刷保温涂料并用石棉包裹，置于1000℃的加热温度下保温t4+180min后，按照附图8所示进行预轧，预轧变形量为15％，终锻温度≥900℃，得异形预轧坯料，如附图9所示；其中，t4是指矩形坯料中心的温度在加热时升高到986℃所需要的时间；
(6)终轧：在异形预轧坯料表面涂刷保温涂料并用石棉包裹，置于1000℃的加热温度下保温t5+180min后，按照附图10所示进行终轧，终轧变形量为15％，终锻温度≥900℃，得锻件；其中，t5是指异形预轧坯料中心的温度在加热时升高到986℃所需要的时间。
所述的步骤(5)，矩形坯料在进行预轧时根据异形芯辊模具3分为上段、中段、下段，如附图12所示，矩形坯料的整体高度为h，下段的高度为h1、体积为v1，中段的高度为h2、体积为v2，上段的高度为h3、体积为v3；开始预轧时，矩形坯料的上段、下段先接触异形芯辊模具发生形变，中段未接触；而后随着预轧的进行，坯料的上段、下段厚度逐渐减小，高度h3、h1逐渐增加，中段也开始贴向异形芯辊模具，h2逐渐减小，达到中段高度聚料，当h3、h1增加到1/4h时，坯料的外径达到要求尺寸，轧制完成，得异形预轧坯料，如附图12所示，异形预轧坯料的整体高度H，与矩形坯料相对应的上段、中段、下段的体积分别为V3、V2、V1，高度分别为H1、H2、H3；异形预轧后，V1＝v1，V2＝v2，V3＝v3，H≈1.1h。
实验例2
一种718plus异形环锻件成形方法，包括以下步骤：
(1)下料：将718plus棒材按Φ180×350mm的规格锯切；
(2)镦粗冲孔：将锯切好的718plus棒材置于1120℃的加热温度下保温t1+100min后，按照附图11所示进行胎膜镦粗冲孔，终锻温度≥900℃，得坯料1；其中，t1是指718plus棒材中心的温度在加热时升高到1106℃所需要的时间；
(3)马架扩孔平端面：在坯料1表面涂刷保温涂料，置于1030℃的加热温度下保温t2+60min后，进行马架扩孔，马架扩孔变形量为20％，终锻温度≥900℃，得坯料2；其中，t2是指坯料1中心的温度在加热时升高到1016℃所需要的时间；
(4)矩形预轧：在坯料2表面涂刷保温涂料并用石棉包裹，置于1020℃的加热温度下保温t3+120min后，进行预轧，预轧变形量为21％，终锻温度≥900℃，得矩形坯料；其中，t3是指坯料2中心的温度在加热时升高到1006℃所需要的时间；
(5)异形预轧：在矩形坯料表面涂刷保温涂料并用石棉包裹，置于1030℃的加热温度下保温t4+100min后，按照附图8所示进行预轧，预轧变形量为18％，终锻温度≥900℃，得异形预轧坯料，如附图9所示；其中，t4是指矩形坯料中心的温度在加热时升高到1016℃所需要的时间，异形预轧坯料的高度是矩形坯料的1.1倍左右；
(6)终轧：在异形预轧坯料表面涂刷保温涂料并用石棉包裹，置于1030℃的加热温度下保温t5+100min后，按照附图10所示进行终轧，终轧变形量为18％，终锻温度≥900℃，得锻件；其中，t5是指异形预轧坯料中心的温度在加热时升高到1016℃所需要的时间。
所述的步骤(5)，矩形坯料在进行预轧时根据异形芯辊模具3分为上段、中段、下段，如附图12所示，矩形坯料的整体高度为h，下段的高度为h1、体积为v1，中段的高度为h2、体积为v2，上段的高度为h3、体积为v3；开始预轧时，矩形坯料的上段、下段先接触异形芯辊模具发生形变，中段未接触；而后随着预轧的进行，坯料的上段、下段厚度逐渐减小，高度h3、h1逐渐增加，中段也逐渐贴向异形芯辊模具，h2逐渐减小，达到中段高度聚料，当h3、h1增加到1/3h时，坯料的外径达到要求尺寸，轧制完成，得异形预轧坯料，如附图12所示，异形预轧坯料的整体高度H，与矩形坯料相对应的上段、中段、下段的体积分别为V3、V2、V1，高度分别为H1、H2、H3；异形预轧后，V1＝v1，V2＝v2，V3＝v3，H≈1.1h。
实施例3
一种718plus异形环锻件成形方法，包括以下步骤：
(1)下料：将718plus棒材按Φ200×400mm的规格锯切；
(2)镦粗冲孔：将锯切好的718plus棒材置于1130℃的加热温度下保温t1+30minmin后，按照附图11所示进行胎膜镦粗冲孔，终锻温度≥900℃，得坯料1；其中，t1是指718plus棒材中心的温度在加热时升高到1116℃所需要的时间；
(3)马架扩孔平端面：在坯料1表面涂刷保温涂料，置于1050℃的加热温度下保温t2+30min后，进行马架扩孔，马架扩孔变形量为25％，终锻温度≥900℃，得坯料2；其中，t2是指坯料1中心的温度在加热时升高到1036℃所需要的时间；
(4)矩形预轧：在坯料2表面涂刷保温涂料并用石棉包裹，置于1050℃的加热温度下保温t3+30min后，进行预轧，预轧变形量为25％，终锻温度≥900℃，得矩形坯料；其中，t3是指坯料2中心的温度在加热时升高到1036℃所需要的时间；
(5)异形预轧：在矩形坯料表面涂刷保温涂料并用石棉包裹，置于1050℃的加热温度下保温t4+30min后，按照附图8所示进行预轧，预轧变形量为20％，终锻温度≥900℃，得异形预轧坯料，如附图9所示；其中，t4是指矩形坯料中心的温度在加热时升高到1036℃所需要的时间，异形预轧坯料的高度是矩形坯料的1.1倍左右；
(6)终轧：在异形预轧坯料表面涂刷保温涂料并用石棉包裹，置于1050℃的加热温度下保温t5+30min后，按照附图10所示进行终轧，终轧变形量为20％，终锻温度≥900℃，得锻件；其中，t5是指异形预轧坯料中心的温度在加热时升高到1036℃所需要的时间。
所述的步骤(5)，矩形坯料在进行预轧时根据异形芯辊模3具分为上段、中段、下段，如附图12所示，矩形坯料的整体高度为h，下段的高度为h1、体积为v1，中段的高度为h2、体积为v2，上段的高度为h3、体积为v3；开始预轧时，矩形坯料的上段、下段先接触异形芯辊模具发生形变，中段未接触；而后随着预轧的进行，坯料的上段、下段壁厚逐渐减小，高度h3、h1逐渐增加，中段开始贴向异形芯辊模具，h2逐渐减小，达到中段高度聚料，当h3、h1增加到1/3h时，坯料的外径达到要求尺寸，轧制完成，得异形预轧坯料，如附图12所示，异形预轧坯料的整体高度H，与矩形坯料相对应的上段、中段、下段的体积分别为V3、V2、V1，高度分别为H1、H2、H3；异形预轧后，V1＝v1，V2＝v2，V3＝v3，H≈1.1h。
在此有必要指出的是，以上实施例和实验例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和理解，不能理解为对本发明的技术方案做进一步的限定，本领域技术人员作出的非突出实质性特征和显著进步的发明创造，仍然属于本发明的保护范畴。
Claims (8)
1.一种718plus异形环锻件成形方法，其特征在于，包括下料、镦粗冲孔、马架扩孔平端面、矩形预轧、异形预轧、终轧步骤。
2.如权利要求1所述的718plus异形环锻件成形方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)下料：将718plus棒材按一定的规格锯切；
(2)镦粗冲孔：将锯切好的718plus棒材加热保温后，进行胎膜镦粗、冲孔，终锻温度≥900℃，得坯料1；
(3)马架扩孔平端面：在坯料1表面涂刷保温涂料，加热保温后，进行马架扩孔，马架扩孔变形量为18％～25％，终锻温度≥900℃，得坯料2；
(4)矩形预轧：在坯料2表面涂刷保温涂料并用石棉包裹，加热保温后，进行预轧，预轧变形量为18％～25％，终锻温度≥900℃，得矩形坯料；
(5)异形预轧：在矩形坯料表面涂刷保温涂料并用石棉包裹，加热保温后，进行预轧，预轧变形量为15％～20％，终锻温度≥900℃，得异形预轧坯料；
(6)终轧：在异形预轧坯料表面涂刷保温涂料并用石棉包裹，加热保温后，进行终轧，终轧变形量为15％～20％，终锻温度≥900℃，得锻件。
3.如权利要求1所述的718plus异形环锻件成形方法，其特征在于，所述的步骤(2)，加热保温是将718plus棒材置于1080～1130℃的加热温度下保温t1+30min～t1+180min；其中，t1是指718plus棒材中心的温度在加热时升高到比加热温度低14℃所需要的时间。
4.如权利要求1所述的718plus异形环锻件成形方法，其特征在于，所述的步骤(3)，加热保温是将坯料1置于1000～1050℃的加热温度下保温t2+30min～t2+180min；其中，t2是指坯料1中心的温度在加热时升高到比加热温度低14℃所需要的时间。
5.如权利要求1所述的718plus异形环锻件成形方法，其特征在于，所述的步骤(4)，加热保温是将坯料2置于1000～1050℃的加热温度下保温t3+30min～t3+180min；其中，t3是指坯料2中心的温度在加热时升高到比加热温度低14℃所需要的时间。
6.如权利要求1所述的718plus异形环锻件成形方法，其特征在于，所述的步骤(5)，加热保温是将矩形坯料置于1000～1050℃的加热温度下保温t4+30min～t4+180min；其中，t4是指矩形坯料中心的温度在加热时升高到比加热温度低14℃所需要的时间。
7.如权利要求1所述的718plus异形环锻件成形方法，其特征在于，所述的步骤(6)，加热保温是将异形预轧坯料置于1000～1050℃的加热温度下保温t5+30min～t5+180min；其中，t5是指异形预轧坯料中心的温度在加热时升高到比加热温度低14℃所需要的时间。
8.如权利要求1所述的718plus异形环锻件成形方法，其特征在于，所述的步骤(5)，矩形坯料在预轧时分为上段、中段、下段，开始预轧时上段、下段先接触异形芯棍模具发生形变，中段未接触模具；而后随着预轧的进行，上、下段壁厚先发生减小，中段再向异形芯棍模具慢慢贴模，完成轧制；上、中、下段预轧前后对应体积不变。
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