CN109702434A - 一种带法兰gh4169低压涡轮机匣锻件的制造方法 - Google Patents
一种带法兰gh4169低压涡轮机匣锻件的制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于锻件制备技术领域，尤其是一种带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件的制造方法，采局部胎膜分料后掰形的方法生产带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件，具体包括以下步骤：锯切，预热，镦粗、冲孔，马架扩孔，局部胎膜分料掰形，掰形。本制造方法生产的带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件，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，且后续加工的周期短，材料利用率高；内部组织均匀，不需进行焊接，从而解决了焊接带来的组织差异及变形问题；在室温和650℃下具有较高的拉伸性能，在650℃、690MPa下具有良好的持久性能，不仅达到了航空发动机低压涡轮机匣的技术要求，而且裕度很大。
Description
技术领域
本发明属于锻件制备技术领域，尤其是一种一种带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件的制造方法
背景技术
GH4169合金是一种沉淀强化的镍基高温合金，具有较好的高温力学性能、良好的热工艺和焊接性能，能够制造各种形状复杂的零部件，广泛用于能源、航空、石油、核工业等领域，已成为航空用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料。
航空发动机低压涡轮机匣属于典型大锥形件、大高度异形环件，锻件的外形如图1所示，大、小头截面面积差异大，难以采取矩形截面环形中间坯直接轧制成形。目前，这类锻件的生产方法为分段制造+焊接或是制成筒形坯料后直接掰形后轧制；这种生产方法存在以下缺点：1、通过分段制造再焊接得到的零件，其焊缝处材料组织与零件其它区域组织存在差异，造成零件性能下降；2、分段制造的几个锻件间在组织及性能上存在差异，影响零件整体性能。3、焊接后存在焊接应力，后续加工和使用过程中会因应力释放产生较大变形。4、使用制成筒形坯料后直径掰形后轧制，需要去除大量材料，导致材料浪费，且加工的周期较长经济性差。此外，GH4169合金的变形温度范围窄、塑性较一般合金差、合金化程度高，用于制造锻件时难成形，而且锻件的组织和性能对锻造工艺参数十分敏感，在加工过程中不易控制。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明采用局部胎模分料后掰形的方法生产带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件，具体是通过以下技术方案实现的：
一种带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件的制造方法，包括以下步骤：
(1)锯切：将GH4169棒材按一定规格进行锯切；
(2)预热：将锯切好的GH4169棒材加热至1030℃～1050℃并保温；
(3)镦粗、冲孔：将加热保温的GH4169棒材进行镦粗、冲孔，获得环坯；
(4)马架扩孔：将环坯套在马杠上，放在马架上，在压机带动下，上砧对环坯施加压力F1，同时使用机械手将环坯进行转动，使环坯的壁厚减小，内、外径扩大，获得矩形环坯；
(5)局部胎膜分料掰形：将矩形环坯放入胎膜1中，然后将冲头1,放入矩形环坯一端，在压机带动下，上砧对冲头1施加压力F2，使冲头1压入矩形环坯中，同时矩形环坯将填充满胎膜1，从而获得坯料1；
(6)掰形：将坯料1再放入胎膜2中，然后将冲头2放入坯料1一端，在压机带动下，上砧对冲头2施加压力F3，使冲头2压入坯料中，同时坯料1将填充满胎膜2，从而获得坯料2；
(7)轧制：将芯辊模具放入坯料2中，在环轧机带动下，芯辊模具对坯料2施加压力F4，芯辊模具及主辊模具对坯料2进行轧制，获得锻件。
优选地，所述的步骤(2)，保温是根据棒材的有效厚度，按照每10mm有效厚度保温6min。
优选地，所述的步骤(3)，棒材在镦粗、冲孔前加热，加热温度为1030℃～1050℃，且送入镦粗冲孔加工时的温度≥1030℃，终锻温度≥870℃，镦粗冲孔时所用的压力为3500T～4200T，镦粗冲孔使得棒材的变形量为32％。
优选地，所述的步骤(4)，环坯在马架扩孔前加热，加热温度为1030℃～1050℃，且送入马架扩孔加工时的温度≥1030℃，终锻温度≥870℃，F1为2500-3000T，马架扩孔使得环坯的变形量为45％。
优选地，所述的步骤(5)，矩形环坯在局部胎膜分料掰形前加热，加热温度为990℃～1010℃，且送入局部胎膜分料掰形加工时的温度≥990℃，终锻温度≥870℃，F2为500T～3000T，局部胎膜分料掰形使得矩形环坯的变形量为4％。
优选地，所述的步骤(6)，坯料1在掰形前加热，加热温度为990℃～1010℃，且送入掰形加工时的温度≥990℃，终锻温度≥870℃，F3为1800T～2300T，掰形使得坯料1的变形量为3％。
优选地，所述的步骤(7)，，所述的步骤(7)，坯料2在轧制前加热，加热温度为1000℃～1020℃，且送入轧制加工时的温度≥1000℃，终锻温度≥870℃，F4为550T～680T，轧制使得坯料2的变形量为24％。
优选地，所述的GH4169棒材的化学成分为：0.015～0.060％C、17.00～21.00％Cr、2.80～3.30％Mo、4.75～5.50％Nb、0.75～1.15％Ti、0.30～0.70％Al、50.00～55.00％Ni、≤0.10％Ta、≤1.00％Co、≤0.35％Mn、≤0.35％Si、≤0.015％S、≤0.015％P、≤0.01％Mg、≤0.006％B、≤0.30％Cu、其余为Fe。
本发明的有益效果在于：
本制造方法生产的带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件，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，且后续加工的周期短，材料利用率高；内部组织均匀，不需进行焊接，从而解决了焊接带来的组织差异及变形问题；在室温和650℃下具有较高的拉伸性能，在650℃、690MPa下具有良好的持久性能，不仅达到了航空发动机低压涡轮机匣的技术要求，而且裕度很大。
附图说明
图1为低压涡轮机匣锻件的结构示意图。
图2为环坯的结构示意图。
图3为马架扩孔示意图。
图4为矩形环坯的结构示意图。
图5为局部胎模分料掰形示意图
图6为坯料1的结构示意图。
图7为掰形示意图。
图8为坯料2的结构示意图。
图9为轧制示意图。
图10为本发明制造出来的锻件的结构示意图。
1-环坯，2-马杠，3-马架，4-上砧，5-矩形环坯，6-胎膜1，7-冲头1，8-上砧，9-坯料1，10-冲头2，11-胎膜2，12-坯料2，13-芯辊模具，14-主辊模具，15-锻件。
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
一种带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件的制造方法，包括以下步骤：
(1)锯切：将GH4169棒材按一定规格进行锯切；
(2)预热：将锯切好的GH4169棒材加热至1030℃并保温，保温是根据棒材的有效厚度，按照每10mm有效厚度保温6min；
(3)镦粗、冲孔：将保温后的GH4169棒材在1030℃下加热至≥1030℃后进行镦粗、冲孔，终锻温度≥870℃，镦粗冲孔时所用的压力为3500T，经镦粗冲孔后棒材的变形量为32％，获得环坯；
(4)马架扩孔：将环坯在1030℃下加热至≥1030℃后后套在马杠上，放在马架上，在压机带动下，上砧对环坯施加压力F1(3500T)，同时使用机械手将环坯进行转动，使环坯的壁厚减小，内、外径扩大；终锻温度≥870℃，经马架扩孔后环坯的变形量为45％，获得矩形环坯；
(5)局部胎膜分料掰形：将矩形环坯在990℃下加热至≥990℃后放入胎膜1中，然后将冲头1,放入矩形环坯一端，在压机带动下，上砧对冲头1施加压力F2(2500T)，使冲头1压入矩形环坯中，同时矩形环坯将填充满胎膜1；终锻温度≥870℃，经局部胎膜分料掰形后矩形环坯的变形量为4％，获得坯料1；
(6)掰形：将坯料1在990℃下加热至≥990℃后放入胎膜2中，然后将冲头2放入坯料1一端，在压机带动下，上砧对冲头2施加压力F3(1800T)，使冲头2压入坯料中，同时坯料1将填充满胎膜2；终锻温度≥870℃，经掰形后坯料1的变形量为3％，获得坯料2；
(7)轧制：将坯料2在1000℃下加热至≥1000℃后，再将芯辊模具放入坯料2中，在环轧机带动下，芯辊模具对坯料2施加压力F4(550T)，芯辊模具及主辊模具对坯料2进行轧制；终锻温度≥870℃，经轧制后坯料2的变形量为24％，获得锻件。
所述的GH4169棒材的化学成分为：0.015～0.060％C、17.00～21.00％Cr、2.80～3.30％Mo、4.75～5.50％Nb、0.75～1.15％Ti、0.30～0.70％Al、50.00～55.00％Ni、≤0.10％Ta、≤1.00％Co、≤0.35％Mn、≤0.35％Si、≤0.015％S、≤0.015％P、≤0.01％Mg、≤0.006％B、≤0.30％Cu、其余为Fe。
实施例2
一种带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件的制造方法，包括以下步骤：
(1)锯切：将GH4169棒材按一定规格进行锯切；
(2)预热：将锯切好的GH4169棒材加热至1040℃并保温，保温是根据棒材的有效厚度，按照每10mm有效厚度保温6min；
(3)镦粗、冲孔：将保温后的GH4169棒材在1040℃下加热至度≥1030℃后进行镦粗、冲孔，终锻温度≥870℃，镦粗冲孔时所用的压力为4000T，经镦粗冲孔后棒材的变形量为32％，获得环坯；
(4)马架扩孔：将环坯在1040℃下加热至≥1030℃后套在马杠上，放在马架上，在压机带动下，上砧对环坯施加压力F1(4000T)，同时使用机械手将环坯进行转动，使环坯的壁厚减小，内、外径扩大；终锻温度≥870℃，经马架扩孔后环坯的变形量为45％，获得矩形环坯；
(5)局部胎膜分料掰形：将矩形环坯在1000℃下加热至≥990℃后放入胎膜1中，然后将冲头1,放入矩形环坯一端，在压机带动下，上砧对冲头1施加压力F2(2800T)，使冲头1压入矩形环坯中，同时矩形环坯将填充满胎膜1；终锻温度≥870℃，经局部胎膜分料掰形后矩形环坯的变形量为4％，获得坯料1；
(6)掰形：将坯料1在990℃～1010℃下加热至≥990℃后放入胎膜2中，然后将冲头2放入坯料1一端，在压机带动下，上砧对冲头2施加压力F3(2000T)，使冲头2压入坯料中，同时坯料1将填充满胎膜2；终锻温度≥870℃，经掰形后坯料1的变形量为3％，获得坯料2；
(7)轧制：将坯料2在1010℃下加热至≥1000℃后，再将芯辊模具放入坯料2中，在环轧机带动下，芯辊模具对坯料2施加压力F4(600T)，芯辊模具及主辊模具对坯料2进行轧制；终锻温度≥870℃，经轧制后坯料2的变形量为24％，获得锻件。
所述的GH4169棒材的化学成分为：0.015～0.060％C、17.00～21.00％Cr、2.80～3.30％Mo、4.75～5.50％Nb、0.75～1.15％Ti、0.30～0.70％Al、50.00～55.00％Ni、≤0.10％Ta、≤1.00％Co、≤0.35％Mn、≤0.35％Si、≤0.015％S、≤0.015％P、≤0.01％Mg、≤0.006％B、≤0.30％Cu、其余为Fe。
实施例3
一种带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件的制造方法，包括以下步骤：
(1)锯切：将GH4169棒材按一定规格进行锯切；
(2)预热：将锯切好的GH4169棒材加热至1050℃并保温，保温是根据棒材的有效厚度，按照每10mm有效厚度保温6min；
(3)镦粗、冲孔：将保温后的GH4169棒材在1050℃下加热至≥1030℃后进行镦粗、冲孔，终锻温度≥870℃，镦粗冲孔时所用的压力为4200T，经镦粗冲孔后棒材的变形量为32％，获得环坯；
(4)马架扩孔：将环坯在1050℃下加热至≥1030℃后后套在马杠上，放在马架上，在压机带动下，上砧对环坯施加压力F1(4200T)，同时使用机械手将环坯进行转动，使环坯的壁厚减小，内、外径扩大；终锻温度≥870℃，经马架扩孔后得环坯的变形量为45％，获得矩形环坯；
(5)局部胎膜分料掰形：将矩形环坯在1010℃下加热至≥990℃后放入胎膜1中，然后将冲头1,放入矩形环坯一端，在压机带动下，上砧对冲头1施加压力F2(3000T)，使冲头1压入矩形环坯中，同时矩形环坯将填充满胎膜1；终锻温度≥870℃，经局部胎膜分料掰形后矩形环坯的变形量为4％，获得坯料1；
(6)掰形：将坯料1在1010℃下加热至≥990℃后放入胎膜2中，然后将冲头2放入坯料1一端，在压机带动下，上砧对冲头2施加压力F3(2300T)，使冲头2压入坯料中，同时坯料1将填充满胎膜2；终锻温度≥870℃，经掰形后坯料1的变形量为3％，获得坯料2；
(7)轧制：将坯料2在1020℃下加热至≥1000℃后，再将芯辊模具放入坯料2中，在环轧机带动下，芯辊模具对坯料2施加压力F4(680T)，芯辊模具及主辊模具对坯料2进行轧制；终锻温度≥870℃，经轧制后坯料2的变形量为24％，获得锻件。
所述的GH4169棒材的化学成分为：0.015～0.060％C、17.00～21.00％Cr、2.80～3.30％Mo、4.75～5.50％Nb、0.75～1.15％Ti、0.30～0.70％Al、50.00～55.00％Ni、≤0.10％Ta、≤1.00％Co、≤0.35％Mn、≤0.35％Si、≤0.015％S、≤0.015％P、≤0.01％Mg、≤0.006％B、≤0.30％Cu、其余为Fe。
实验例1
取本发明实施例制造的锻件，锻件弦向任取2个平行样，测试锻件的力学性能和持久性能，结果如表1和表2所示：
表1力学性能
表2持久性能
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)
1.一种带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件的制造方法，包括以下步骤：
(1)锯切：将GH4169棒材按一定规格进行锯切；
(2)预热：将锯切好的GH4169棒材加热至1030℃～1050℃并保温；
(3)镦粗、冲孔：将加热保温的GH4169棒材进行镦粗、冲孔，获得环坯；
(4)马架扩孔：将环坯套在马杠上，放在马架上，在压机带动下，上砧对环坯施加压力F1，同时使用机械手将环坯进行转动，使环坯的壁厚减小，内、外径扩大，获得矩形环坯；
(5)局部胎膜分料掰形：将矩形环坯放入胎膜1中，然后将冲头1放入矩形环坯一端，在压机带动下，上砧对冲头1施加压力F2，使冲头1压入矩形环坯中，同时矩形环坯将填充满胎膜1，从而获得坯料1；
(6)掰形：将坯料1放入胎膜2中，然后将冲头2放入坯料1一端，在压机带动下，上砧对冲头2施加压力F3，使冲头2压入坯料中，同时坯料1将填充满胎膜2，从而获得坯料2；
(7)轧制：将芯辊模具放入坯料2中，在环轧机带动下，芯辊模具对坯料2施加压力F4，芯辊模具及主辊模具对坯料2进行轧制，获得锻件。
2.如权利要求1所述的带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件的制造方法，其特征在于，所述的步骤(2)，保温是根据棒材的有效厚度，按照每10mm有效厚度保温6min。
3.如权利要求1所述的带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件的制造方法，其特征在于，所述的步骤(3)，棒材在镦粗、冲孔前加热，加热温度为1030℃～1050℃，且送入镦粗冲孔加工时的温度≥1030℃，终锻温度≥870℃，镦粗冲孔时所用的压力为3500T～4200T，镦粗冲孔使得棒材的变形量为32％。
4.如权利要求1所述的带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件的制造方法，其特征在于，所述的步骤(4)，环坯在马架扩孔前加热，加热温度为1030℃～1050℃，且送入马架扩孔加工时的温度≥1030℃，终锻温度≥870℃，F1为2500-3000T，马架扩孔使得环坯的变形量为45％。
5.如权利要求1所述的带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件的制造方法，其特征在于，所述的步骤(5)，矩形环坯在局部胎膜分料掰形前加热，加热温度为990℃～1010℃，且送入局部胎模分料掰形加工时的温度≥990℃，终锻温度≥870℃，F2为500T～3000T，局部胎膜分料掰形使得矩形环坯的变形量为4％。
6.如权利要求1所述的带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件的制造方法，其特征在于，所述的步骤(6)，坯料1在掰形前加热，加热温度为990℃～1010℃，且送入掰形加工时的温度≥990℃，终锻温度≥870℃，F3为1800T～2300T，掰形使得坯料1的变形量为3％。
7.如权利要求1所述的带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件的制造方法，其特征在于，所述的步骤(7)，坯料2在轧制前加热，加热温度为1000℃～1020℃，且送入轧制加工时的温度≥1000℃，终锻温度≥870℃，F4为550T～680T，轧制使得坯料2的变形量为24％。
8.如权利要求1所述的带法兰GH4169低压涡轮机匣锻件的制造方法，其特征在于，所述的GH4169棒材的化学成分为：0.015～0.060％C、17.00～21.00％Cr、2.80～3.30％Mo、4.75～5.50％Nb、0.75～1.15％Ti、0.30～0.70％Al、50.00～55.00％Ni、≤0.10％Ta、≤1.00％Co、≤0.35％Mn、≤0.35％Si、≤0.015％S、≤0.015％P、≤0.01％Mg、≤0.006％B、≤0.30％Cu、其余为Fe。
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