CN110280619A - 一种高温合金棒丝材制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温合金棒丝材制备方法，高温合金棒丝材制备方法包括棒坯旋锻开坯、热轧退火、酸洗修磨、冷拉、氢退，采用该工艺将高温合金棒丝材与冷拉拔成形技术相结合具有十分重要的意义，但由于材料塑性、变形性能及拉拔机能力的限制，因此GH4169高温合金丝材拉拔分多道次进行，通过对GH4169高温合金棒丝材各冷拉道次变形量的分配及后续固溶处理，能够显著提高GH4169高温合金棒丝材的力学性能，且使其性能稳定、成分均匀，具有更高的工程应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及高温合金制造技术领域，特别是一种高温合金棒丝材制备方法。
背景技术
GH4169合金在-253～1320℃温度范围内具有良好的综合性能，尤其在650℃下的屈服强度处于变形高温合金前列，并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能，以及良好的加工性能、焊接性能，能够制造各种形状复杂的零部件。在航空航天、核能、石油工业及挤压模具中，GH4169合金在上述温度范围内获得了极为广泛的应用。
GH4169合金棒丝材主要用于制造航空航天发动机中各种静止件和转动件，如轴、叶片、弹性元件、密封元件和焊接结构件等；制造核能工业用的各种弹性元件和格架；制造石油和化工领域应用的零件及其他零件，因而对于各加工工序的生产工艺要求较高。寻找一种适于批量生产、工艺稳定的高温合金棒丝材制备方法及所应用的冷拉拔模具，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适于批量生产、工艺稳定的高温合金棒丝材制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的高温合金棒丝材制备方法，包括如下步骤：
A、棒坯旋锻开坯：将高温合金锭放入初始温度≤600℃的加热炉内进行加热后进行锻造，制得φ30~φ60mm的棒坯，经多道次旋锻和热处理，加工至直径φ12.0~φ14.0mm的线坯。
B、热轧退火：将高温合金线坯坯表面修磨后，加热至1080℃～1120℃进行热轧，热轧成直径为8mm的盘元丝材，冷却至常温。
C、酸洗、修磨：将盘元丝材用硫酸进行酸洗，然后修整打磨。
D、冷拉：采用冷拉工艺，将盘元丝材逐步拉细，直至丝材直径≤3mm。
E、氢退：将冷拉处理后的盘元丝材氢退处理。
进一步，所述步骤A中，棒坯旋锻开坯过程每道次旋锻加工率控制在10%—20%之间，其中每道次旋锻加工后进行一次酸洗除油：配置混合酸，然后酸洗去除得到的线坯上的附着物；其中每道次旋锻加工后进行一次中间热处理：热处理温度为1210℃~1250℃，保温50min~80min；而且两次热处理间的总加工率控制在40%—60%之间，最后热处理后所得线坯的硬度控制在HRC44至HRC46，屈服强度控制在340MPa至360MPa，基本晶粒度控制在7级至9级。
进一步，所述混合酸包括硝酸、氢氟酸、盐酸、水，其中硝酸的浓度为150g/L～260g/L，氢氟酸的浓度为15g/L～50g/L，盐酸的浓度为15g/L～50g/L，其余为水。
进一步，所述步骤B中，冷拉第一道次的延伸系数为1.18，冷拉第二道次的延伸系数为1.42，接下来道次延伸系数控制在1.26，冷拉成品道次延伸系数不超过1.2，步骤B中冷拉工艺按照丝材直径：8mm—6.8mm—4.8mm—3.8mm—3mm—＜3mm依次进行拉丝且分别在丝材直径为6.8mm和丝材直径为3mm时用硫酸进行酸洗，最终获得直径不超过3mm的成品。
进一步，所述步骤B中，在每道次拉拔之后进行热处理以消除加工硬化，热处理温度为950-980℃，保温时间不低于1小时。
进一步，所述步骤E中，氢退处理的温度为1040℃至1060℃，氢退处理后的丝材进行矫直处理。
一种高温合金棒丝材用冷拉拔模具，包括嵌套配合的模座、拉拔导套和拉拔模，所述模座包括模座套筒和模座端盖，所述模座端盖的中心设置模座通孔，所述拉拔导套的轴心依次设置锥形导向腔、送料孔、拉拔模安装腔，所述拉拔模的轴心设置拉拔模模腔，该拉拔模模腔的前端设置拉拔模冷却模腔，装配时所述拉拔模的尾端置于所述拉拔模安装腔内，所述拉拔导套的前端置于所述模座套筒内，所述拉拔模的前端伸出所述拉拔模安装腔且与所述模座端盖的内侧抵接，以使所述拉拔导套的前端与模座端盖之间形成主冷却腔，所述拉拔模冷却模腔沿径向设置用于连通冷却主腔和拉拔模冷却模腔的拉拔模冷却液孔，所述拉拔导套沿轴向设置多个用于连通锥形导向腔和主冷却腔的过油缝，使用时待冷拉拔的胚材由锥形导向腔进入送料孔、拉拔模模腔，由拉拔模模腔进行减径变形以获得丝材，丝材由模座通孔伸出，主冷却腔内的润滑油经过油缝喷淋在胚材的表面，对胚材进行润滑，且润滑油经拉拔模冷却液孔在拉拔模冷却模腔与主冷却腔之间流通，实现降温。
进一步，所述模座端盖的内侧面沿模座通孔的边缘设置环形的刮台，所述刮台的内径与丝材的外径相适配，以使丝材可经过刮台且避免润滑油流出。
进一步，所述过油缝呈弧形设置，以使过油缝在锥形导向腔的出口呈弧形分布在胚材外侧，增加对胚材的润滑面积。
进一步，所述拉拔导套的尾端设置限位凸台，以使所述拉拔导套的前部置于所述模座套筒内时由限位凸台对模座的尾端阻挡限位。
进一步，所述拉拔模模腔包括依次设置的模腔入口区、模腔润滑区、模腔变径区、模腔定径区和模腔出口区，所述模腔入口区、模腔润滑区、模腔变径区的内径逐渐减小设置，所述模腔定径区与丝材的外径相适配，所述模腔出口区的内径逐渐增大设置。
发明的技术效果：（1）本发明的高温合金棒丝材制备方法，相对于现有技术，冷拉是棒丝材加工中一种高效率、高效益的加工方法，冷拉后的丝材具有尺寸精度高、表面质量好、机械性能易保证的优点；将高温合金棒丝材与冷拉拔成形技术相结合具有十分重要的意义，但由于材料塑性、变形性能及拉拔机能力的限制，因此GH4169高温合金丝材拉拔分多道次进行，通过对GH4169高温合金棒丝材各冷拉道次变形量的分配及后续固溶处理，能够显著提高GH4169高温合金棒丝材的力学性能，且使其性能稳定、成分均匀，具有更高的工程应用价值；（2）冷拉拔采用由模座、拉拔导套、拉拔模组成的冷拉拔模具进行冷加工，通过设置主冷却腔、过油缝，对待加工胚材表面喷淋润滑油；通过设置拉拔模冷却模腔和拉拔模冷却液孔，实现润滑油的流通，变形过程中产生的热量由润滑油带走冷却；刮台的设置，可避免润滑油流出。
附图说明
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：
图1是本发明高温合金棒丝材制备方法的工艺流程图；
图2是实施例4中冷拉拔模具的剖面结构示意图；
图3是模座的剖面结构示意图；
图4是拉拔导套的剖面结构示意图；
图5是拉拔模的的剖面结构示意图；
图6是图4的右视图。
图中：模座1，模座套筒11，模座端盖12，模座通孔13，刮台14，端盖环台15，拉拔导套2，第一过油缝21，第二过油缝22，锥形导向腔23，送料孔24，拉拔模安装腔25，限位凸台26，导套环台27，拉拔模3，模腔入口区31，模腔定径区32， 拉拔模冷却液孔33，拉拔模冷却模腔34，模腔润滑区35，模腔变径区36，模腔出口区37，胚材41，丝材42，主冷却腔5。
具体实施方式
实施例1
本实施例的高温合金棒丝材制备方法，工艺流程参见图1，具体步骤如下：
A、棒坯旋锻开坯：将高温合金锭放入初始温度550℃的加热炉内进行加热后锻造，制得Φ36mm的棒坯，对初始棒坯进行多道次旋锻，旋锻送进速度设置为5mm/s，旋锻道次为Φ36mm → Φ32mm → Φ28mm → Φ24mm → Φ20mm → Φ16mm → Φ14mm → Φ12mm，每道次旋锻加工后进行一次酸洗除油：配置混合酸，混合酸包括硝酸、氢氟酸、盐酸、水，其中硝酸的浓度为150g/L，氢氟酸的浓度为40g/L，盐酸的浓度为20g/L，其余为水；然后酸洗去除得到的线坯上的附着物，酸洗后进行一次中间热处理：热处理温度为1250℃，保温60min，然后进行下一道次的旋锻；此外，每道次旋锻加工后还要对棒坯表面进行检查，确认无折叠和严重擦伤后再进行下一道次旋锻加工，必要时要进行缺陷修复，经金相检验，最后热处理后所得线坯的硬度为HRC46，屈服强度为355MPa，基本晶粒度为7级至8级。
B、将旋锻后的高温合金线坯表面修磨后，加热至1100℃进行热轧，热轧成直径为8mm的盘元丝材，冷却至常温。
C、将盘元丝材用硫酸进行酸洗，然后修整打磨。
D、采用冷拉工艺，将盘元丝材逐步拉细，具体拉拔道次为丝材直径：8mm—6.8mm—4.8mm—3.8mm—3mm—2.6mm，各道次变形量分别为1.18、1.42、1.26、1.26、1.15，且分别在丝材直径为6.8mm和丝材直径为3mm时用硫酸进行酸洗，确保润滑效果；在每道次拉拔之后进行热处理以消除加工硬化，热处理温度为970-980℃，保温时间90分钟。
E、将冷拉处理后的盘元丝材氢退处理，氢退处理的温度为1040℃至1050℃，氢退处理后的丝材进行矫直处理，获得直径为2.6mm的保温合金丝材。
实施例2
本实施例的高温合金棒丝材制备方法，具体步骤如下：
A、棒坯旋锻开坯：将高温合金锭放入初始温度550℃的加热炉内进行加热后锻造，制得Φ48mm的棒坯，对初始棒坯进行多道次旋锻，旋锻送进速度设置为5mm/s，旋锻道次为Φ48mm → Φ44mm → Φ40mm → Φ36mm → Φ32mm → Φ28mm → Φ24mm → Φ20mm →Φ18mm → Φ16mm → Φ14mm → Φ12mm，每道次旋锻加工后进行一次酸洗除油：配置混合酸，混合酸包括硝酸、氢氟酸、盐酸、水，其中硝酸的浓度为200g/L，氢氟酸的浓度为20g/L，盐酸的浓度为30g/L，其余为水，然后酸洗去除得到的线坯上的附着物，酸洗后进行一次中间热处理：热处理温度为1210℃，保温80min，然后进行下一道次的旋锻；此外，每道次旋锻加工后还要对棒坯表面进行检查，确认无折叠和严重擦伤后再进行下一道次旋锻加工，必要时要进行缺陷修复，经金相检验，最后热处理后所得线坯的硬度为HRC45，屈服强度为348MPa，基本晶粒度为8级至9级。
B、将旋锻后的高温合金线坯表面修磨后，加热至1100℃进行热轧，热轧成直径为8mm的盘元丝材，冷却至常温。
C、将盘元丝材用硫酸进行酸洗，然后修整打磨。
D、采用冷拉工艺，将盘元丝材逐步拉细，具体拉拔道次为丝材直径：8mm—6.8mm—4.8mm—3.8mm—3mm—2.7mm，各道次变形量分别为1.18、1.42、1.26、1.26、1.11，且分别在丝材直径为6.8mm和丝材直径为3mm时用硫酸进行酸洗，确保润滑效果；在每道次拉拔之后进行热处理以消除加工硬化，热处理温度为960-970℃，保温时间80分钟。
E、将冷拉处理后的盘元丝材氢退处理，氢退处理的温度为1050℃至1060℃，氢退处理后的丝材进行矫直处理，获得直径为2.7mm的保温合金丝材。
实施例3
本实施例的高温合金棒丝材制备方法，具体步骤如下：
A、棒坯旋锻开坯：将高温合金锭放入初始温度550℃的加热炉内进行加热后锻造，制得Φ60mm的棒坯，对初始棒坯进行多道次旋锻，旋锻送进速度设置为5mm/s，旋锻道次为Φ60mm → Φ56mm → Φ52mm → Φ48mm → Φ44mm → Φ40mm → Φ36mm → Φ32mm →Φ28mm → Φ24mm → Φ20mm → Φ18mm → Φ16mm → Φ14mm → Φ12mm，每道次旋锻加工后进行一次酸洗除油：配置混合酸，混合酸包括硝酸、氢氟酸、盐酸、水，其中硝酸的浓度为250g/L，氢氟酸的浓度为30g/L，盐酸的浓度为15g/L，其余为水，然后酸洗去除得到的线坯上的附着物，酸洗后进行一次中间热处理：热处理温度为1230℃，保温70min，然后进行下一道次的旋锻；此外，每道次旋锻加工后还要对棒坯表面进行检查，确认无折叠和严重擦伤后再进行下一道次旋锻加工，必要时要进行缺陷修复；经金相检验，最后热处理后所得线坯的硬度为HRC44，屈服强度为345MPa，基本晶粒度为8级至9级。
B、将旋锻后的高温合金线坯表面修磨后，加热至1100℃进行热轧，热轧成直径为8mm的盘元丝材，冷却至常温。
C、将盘元丝材用硫酸进行酸洗，然后修整打磨。
D、采用冷拉工艺，将盘元丝材逐步拉细，具体拉拔道次为丝材直径：8mm—6.8mm—4.8mm—3.8mm—3mm—2.5mm，各道次变形量分别为1.18、1.42、1.26、1.26、1.20，且分别在丝材直径为6.8mm和丝材直径为3mm时用硫酸进行酸洗，确保润滑效果；在每道次拉拔之后进行热处理以消除加工硬化，热处理温度为975-985℃，保温时间70分钟。
E、将冷拉处理后的盘元丝材氢退处理，氢退处理的温度为1045℃至1055℃，氢退处理后的丝材进行矫直处理，获得直径为2.5mm的保温合金丝材。
实施例4
上述高温合金棒丝材用冷拉拔模具，如图2至图6所示，包括嵌套配合的模座1、拉拔导套2和拉拔模3，模座1包括模座套筒11和模座端盖12，模座端盖12的中心设置模座通孔13，拉拔导套2的轴心依次设置锥形导向腔23、送料孔24、拉拔模安装腔25，锥形导向腔23的外侧端的内径大于其内侧端的内径，以使锥形导向腔25的内径沿胚材41移动方向逐渐减小设置；送料孔24的内径与胚材41的外径相适配，以使胚材41可穿过送料孔24；拉拔模安装腔25的内径与拉拔模3的外径相适配，以使拉拔模3的尾端可置于拉拔模安装腔25内；拉拔模3的轴心设置拉拔模模腔，拉拔模模腔包括依次设置的模腔入口区31、模腔润滑区35、模腔变径区36、模腔定径区32和模腔出口区37，模腔入口区31、模腔润滑区35、模腔变径区36的内径逐渐减小设置，模腔定径区32与丝材42的外径相适配，模腔出口区37的内径逐渐增大设置；且拉拔模模腔的前端设置拉拔模冷却模腔34，装配时拉拔模3的尾端置于拉拔模安装腔25内，拉拔导套2的前端置于模座套筒11内，拉拔模2的前端伸出拉拔模安装腔25且与模座端盖12的内侧抵接，以使拉拔导套2的前端与模座端盖12之间形成主冷却腔5，拉拔模冷却模腔34沿径向设置用于连通冷却主腔5和拉拔模冷却模腔34的拉拔模冷却液孔33，拉拔导套2沿轴向设置用于连通锥形导向腔23和主冷却腔5的第一过油缝21、第二过油缝22，使用时待冷拉拔的胚材41前端进行垂头以获得胚材头部（图中未示出），且胚材头部直径小于成品丝材要求的直径，使得胚材头部穿过拉拔模模腔、端盖通孔13，并由移动装置（图中未示出）夹持以拉动胚材41前移，胚材41由锥形导向腔23进入送料孔24、拉拔模模腔，胚材41经模腔入口区31进入模腔润滑区35后其内径逐渐减小，胚材41表面的润滑油在胚材外壁与模腔润滑区35内壁之间积聚，使得胚材41表面的润滑油覆盖更加全面，胚材经过模腔变径区36时其外径被减小，经过模腔定径区32时外径被定型以获得丝材42，丝材42由模腔出口区37、模座通孔13伸出，主冷却腔5内的润滑油经第一过油缝21、第二过油缝22喷淋在胚材41的表面，对胚材41进行润滑，且润滑油经拉拔模冷却液孔33在拉拔模冷却模腔34与主冷却腔5之间流通，实现降温。
作为优选，模座端盖12的内侧面沿模座通孔13的边缘设置环形的刮台14，刮台14的内径与丝材42的外径相适配，以使丝材42可经过刮台14且避免润滑油流出。
作为优选，拉拔导套2的尾端设置限位凸台26，以使拉拔导套2的前部置于模座套筒11内时由限位凸台26对模座1的尾端阻挡限位。
作为优选，第一过油缝21、第二过油缝22呈弧形设置，以使第一过油缝21、第二过油缝22在锥形导向腔23的出口呈弧形分布在胚材41外侧，增加对胚材41的润滑面积。
作为优选，锥形导向腔23的外侧端设置导套环台27，并配以适于胚材41通过的密封端盖，由密封端盖嵌设在导套环台27内，对锥形导向腔23进行封闭，减少润滑油流出。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种高温合金棒丝材制备方法，其特征在于，包括如下步骤
A、棒坯旋锻开坯：将高温合金锭放入初始温度≤600℃的加热炉内进行加热后进行锻造，制得φ30~φ60mm的棒坯，经多道次旋锻和热处理，加工至直径φ12.0~φ14.0mm的线坯；
B、热轧退火：将高温合金线坯坯表面修磨后，加热至1080℃～1120℃进行热轧，热轧成直径为8mm的盘元丝材，冷却至常温；
C、酸洗、修磨：将盘元丝材用硫酸进行酸洗，然后修整打磨；
D、冷拉：采用冷拉工艺，将盘元丝材逐步拉细，直至丝材直径≤3mm；
E、氢退：将冷拉处理后的盘元丝材升温至1050℃进行氢退处理，氢退处理后矫直。
2.根据权利要求1所述的高温合金棒丝材制备方法，其特征在于，所述步骤A中，棒坯旋锻开坯过程每道次旋锻加工率控制在10%—20%之间，其中每道次旋锻加工后进行一次酸洗除油：配置混合酸，然后酸洗去除得到的线坯上的附着物；其中每道次旋锻加工后进行一次中间热处理：热处理温度为1210℃~1250℃，保温50min~80min；而且两次热处理间的总加工率控制在40%—60%之间。
3.根据权利要求2所述的高温合金棒丝材制备方法，其特征在于，所述混合酸包括硝酸、氢氟酸、盐酸、水，其中硝酸的浓度为150g/L～260g/L，氢氟酸的浓度为15g/L～50g/L，盐酸的浓度为15g/L～50g/L，其余为水。
4.根据权利要求2或3所述的高温合金棒丝材制备方法，其特征在于，所述步骤B中，冷拉第一道次的延伸系数为1.18，冷拉第二道次的延伸系数为1.42，接下来道次延伸系数控制在1.26，冷拉成品道次延伸系数不超过1.2，步骤B中冷拉工艺按照丝材直径：8mm—6.8mm—4.8mm—3.8mm—3mm—＜3mm依次进行拉丝且分别在丝材直径为6.8mm和丝材直径为3mm时用硫酸进行酸洗，最终获得直径不超过3mm的成品；
所述步骤B中，在每道次拉拔之后进行热处理以消除加工硬化，热处理温度为950-980℃，保温时间不低于1小时。
5.根据权利要求4所述的高温合金棒丝材制备方法，其特征在于，所述步骤E中，氢退处理的温度为1040℃至1060℃，氢退处理后的丝材进行矫直处理。
6.一种高温合金棒丝材用冷拉拔模具，其特征在于，包括嵌套配合的模座、拉拔导套和拉拔模，所述模座包括模座套筒和模座端盖，所述模座端盖的中心设置模座通孔，所述拉拔导套的轴心依次设置锥形导向腔、送料孔、拉拔模安装腔，所述拉拔模的轴心设置拉拔模模腔，该拉拔模模腔的前端设置拉拔模冷却模腔，装配时所述拉拔模的尾端置于所述拉拔模安装腔内，所述拉拔导套的前端置于所述模座套筒内，所述拉拔模的前端伸出所述拉拔模安装腔且与所述模座端盖的内侧抵接，以使所述拉拔导套的前端与模座端盖之间形成主冷却腔，所述拉拔模冷却模腔沿径向设置用于连通冷却主腔和拉拔模冷却模腔的拉拔模冷却液孔，所述拉拔导套沿轴向设置多个用于连通锥形导向腔和主冷却腔的过油缝，使用时待冷拉拔的胚材由锥形导向腔进入送料孔、拉拔模模腔，由拉拔模模腔进行减径变形以获得丝材，丝材由模座通孔伸出，主冷却腔内的润滑油经过油缝喷淋在胚材的表面，且润滑油经拉拔模冷却液孔在拉拔模冷却模腔与主冷却腔之间流通。
7.根据权利要求6所述的高温合金棒丝材用冷拉拔模具，其特征在于，所述模座端盖的内侧面沿模座通孔的边缘设置环形的刮台，所述刮台的内径与丝材的外径相适配。
8.根据权利要求7所述的高温合金棒丝材用冷拉拔模具，其特征在于，所述过油缝呈弧形设置，以使过油缝在锥形导向腔的出口呈弧形分布在胚材外侧。
9.根据权利要求7所述的高温合金棒丝材用冷拉拔模具，其特征在于，所述拉拔导套的尾端设置限位凸台，以使所述拉拔导套的前部置于所述模座套筒内时由限位凸台对模座的尾端阻挡限位。
10.根据权利要求7所述的高温合金棒丝材用冷拉拔模具，其特征在于，所述拉拔模模腔包括依次设置的模腔入口区、模腔润滑区、模腔变径区、模腔定径区和模腔出口区，所述模腔入口区、模腔润滑区、模腔变径区的内径逐渐减小设置，所述模腔定径区与丝材的外径相适配，所述模腔出口区的内径逐渐增大设置。
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