CN110434275A - 一种gh4586高温合金锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GH4586高温合金锻造方法，针对GH4586高温合金锻件，首先在其表面涂覆耐高温玻璃涂层，防止锻件在锻造过程中表面被氧化或开裂；锻造过程中，首次采用电动螺旋压力机进行锻造，可精确控制打击能量及锻件变形量，使锻件实现精确变形，尺寸一致性高，同时获得更加均匀的组织结构，进而获得良好的力学性能；且螺旋压力机较锻锤更加稳定，可以严格控制打击能量，能够使锻件流线沿外形均匀分布，力学性能得到了很大提高。本发明中，无论是锻件的提前加热，还是后续的热处理，均通过电炉进行加热，使得加热温度能够精确的控制在±10℃范围内。
Description
【技术领域】
本发明属于叶片锻造领域，具体涉及一种GH4586高温合金锻造方法。
【背景技术】
随着航空发动机技术不断进步，航空发动机叶片作为发动机关键零件之一，对其材料性能要求也在不断提高。
GH4586合金属于典型难变形镍基高温合金。该合金在650℃以下表现出优良的力学性能和物理性能，符合航空发动机叶片综合性能要求，目前已应用于制造多种型号的火箭发动机高温转动部件。
GH4586合金化程度高，变形抗力大，可变形温度范围窄，因此热加工成型难度很大。特别是锻件的微观组织对变形工艺参数敏感，由于工艺参数控制不当而造成的异常组织，往往无法通过后续热处理彻底消除。而微观组织对材料的塑性、冲击韧性、疲劳性能及一系列物理性能指标具有显著的影响，这使热加工成型工艺成为材料组织性能控制的重要环节。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种GH4586高温合金锻造方法；该锻造工艺方法可以保证锻件的力学性能、金相组织均满足航空发动机叶片使用该高温合金的锻件技术要求。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种GH4586高温合金锻造方法，包括以下步骤：
步骤1，在GH4586高温合金原始棒料的表面涂覆耐高温玻璃涂层，得到涂覆有耐高温玻璃涂层的棒料；
步骤2，将涂覆有耐高温玻璃涂层的棒料放置于电炉中加热，加热后放置于终锻模具中；将放置有棒料的终锻模具在电动螺旋压力机上锻造，得到终锻件；
步骤3，将终锻件在电炉中进行固溶热处理后冷却；
步骤4，将固溶热处理后的终锻件在电炉中进行时效热处理后，冷却得到锻件成品。
本发明的进一步改进在于：
优选的，步骤1中，耐高温玻璃涂层的厚度为0.05mm～0.08mm。
优选的，步骤2中，电炉的加热温度为1090℃～1170℃；加热时间和原始棒料的直径关系为，加热时间t＝(0.8-1)×原始棒料的直径，其中原始棒料直径的单位为mm，加热时间的单位为min。
优选的，步骤2中，电炉的加热温度为1120℃～1150℃。
优选的，步骤2中，锻造过程中使用精密垫板调整模具中上模具和下模具的闭合高度，以控制最后得到终锻件的厚度。
优选的，步骤2中，电炉加热涂覆有耐高温玻璃涂层棒料的同时，终锻模具和模座进行预热，预热温度为190-210℃。
优选的，步骤2中，终锻模具预热后，在其内部表面喷涂石墨润滑剂。
优选的，步骤2中，棒料至终锻件的变形量为35％～70％。
优选的，步骤3中，终锻件固溶热处理的温度为1060℃～1080℃，固溶热处理时间为4-5h；固溶热处理后通过油冷的方式冷却。
优选的，步骤4中，时效热处理的温度为750℃～760℃，时效热处理时间为16-17h；时效热处理后的冷却方式为空冷。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种GH4586高温合金锻造方法，针对GH4586高温合金锻件，首先在其表面涂覆耐高温玻璃涂层，防止锻件在锻造过程中表面被氧化或开裂；锻造过程中，未采用常见的自由锻锤，自由锻锤的打击力不易控制，造成锻件的变形量波动较大，变形抗力不均匀易导致锻件内部产生较大热应力，随着打击次数增加，锻件温度持续升高，部分变形再结晶晶粒重新长大，最终降低了锻件的力学性能；本发明首次采用电动螺旋压力机进行锻造GH4585高温合金，可精确控制打击能量及锻件变形量，使锻件实现精确变形，尺寸一致性高，同时获得更加均匀的组织结构，进而获得良好的力学性能；且螺旋压力机较锻锤更加稳定，可以严格控制打击能量，能够使锻件流线沿外形均匀分布，力学性能得到了很大提高。对于GH4586高温合金锻件，因为其合金化程度高，变形温度范围窄，因此对锻造工艺参数非常敏感，如果采用传统自由锻常用的天然气炉进行加热，不能精确的控制加热温度，本发明中，无论是锻件的提前加热，还是后续的热处理，均通过电炉进行加热，使得加热温度能够精确的控制在±10℃范围内。
进一步的，本发明首次提出采用原始棒料表面涂覆，并对涂层厚度有严格要求，防止锻件表面氧化及开裂。
进一步的，锻造前通过电炉加热棒料，使得棒料满足锻造条件，加热时间根据原始棒料的直径而调整，保证整个棒料能够加热透彻。
进一步的，锻造过程中通过精密垫板调整模具中上模具和下模具的闭合高度，以控制最后得到终锻件的厚度，精确控制了锻件的变形量，锻件尺寸精度最高可以达到±0.1mm，保证了终锻件尺寸一致性。
进一步的，棒料在加热的同时，终锻模具和模座进行预热，使得当棒料放入至模具中时，不会产生较大的温降，影响后续的锻造；同时有助于后续石墨润滑剂的喷涂。
进一步的，模具表面涂覆有石墨润滑剂，防止棒料在锻造过程中损伤表面。
进一步的，整个锻造过程中的变形量为35％～70％，变形量的调整根据原始棒料的尺寸及目标锻件的尺寸调整，通过调整精密垫板的厚度，即可精确的保证锻造过程中原始棒料至终锻件的变形量。
进一步的，通过固溶热处理和时效热处理，使得最终得到的高温合金锻件的各项力学性能满足目标要求，晶粒均匀，且晶粒大小满足要求。
【附图说明】
附图1为本发明中GH4586高温合金锻件工艺流程图；
附图2为实施例1的制备出的GH4586高温合金叶片原始棒料图和锻件成品图；
其中，(a)图为原始棒料图；(b)图为锻件成品图；
附图3为实施例1的制备出的GH4586高温合金叶片金相组织图。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明公开了一种GH4586高温合金锻造方法，在锻造前，首先准备好锻造加热电炉、电动螺旋压力机、高温合金原始棒料、锻造模具(简称终锻模)，利用电炉对原材料进行加热保温，锻前充分预热模座及模具，锻后空冷；参见图1，然后按以下步骤进行：
步骤1，对高温合金原始棒料进行表面处理，涂覆耐高温玻璃涂层；所述耐高温玻璃涂层的厚度为0.05mm～0.08mm；所述原始棒料为两端带有凸出端部的圆柱体，其中间圆柱体的直径为50-70mm，为方便描述，将中间圆柱体的直径定义为原始棒料的直径。
步骤2，锻造成型
将高温合金原始棒料在电炉中加热至1090℃～1170℃，该温度优选为1120℃～1150℃，加热时间根据原始棒料的直径决定，加热时间t＝(0.8-1)×原始棒料的直径(mm)，t的单位为分钟。高温原始棒料加热的同时，将模座和模具预热至190-210℃之间，模具加热后，在棒料放入至模具内部前，在模具内部表面喷涂石墨润滑剂进行润滑，然后将棒料放入至模具中；然后在使用终锻模具在电动螺旋压力机上进行锻造，得到锻件成品；锻造过程中，通过采用不同厚度的精密垫板调整模具中上模具和下模具的闭合高度，以控制最后得到终锻件的厚度，保证锻造精度，具体使用的精密垫板厚度，需要根据原始棒料的直径，终锻件的厚度，或者是原始棒料至终锻件的成形变形量进行调整；电动螺旋压力机锻造结束后，形成终锻件；所述原始棒料至终锻件成形变形量要求为35％～70％。
第三步，固溶热处理，将终锻件在电炉中加热至1060℃～1080℃，保温4-5h后油冷至室温。
第四步，时效热处理:将固溶热处理后的锻件在电炉中加热至750℃～760℃，保温16-17h后空冷至室温。
实施例1
步骤1，对高温合金原始棒料进行表面处理，涂覆耐高温玻璃涂层；所述耐高温玻璃涂层的厚度为0.06mm；原始棒料直径为60mm。
步骤2，终锻成形
将高温合金原始棒料在电炉中加热至1135℃，加热54min；高温合金原始棒料加热的同时，将模座和模具预热至200℃，模具加热后，在棒料放入至模具内部前，在模具内部表面喷涂石墨润滑剂进行润滑，然后将棒料放入至模具中；然后在使用终锻模具在电动螺旋压力机上进行锻造，得到终锻件；该实施例中从高温原始棒料至终锻件的变形量为50％。
步骤3，固溶热处理，将终锻件加热至1070℃，保温4h+15min后油冷至室温。
步骤4，时效热处理，将固溶热处理后的锻件加热至755℃，保温16h+30min后空冷至室温；得到锻件成品。
通过该实施例中制备的锻件叶片，从原始棒料至锻件成品叶片的形变如下图2所示，锻件成品的微观金相图，如下图3所示，从图中可以看出，最终形成叶片的晶粒细小且尺寸均匀。下表为该实施例制备出的高温合金叶片锻件的各项力学性能，从表1中可以看出，通过该方法制备出的高温合金叶片锻件的力学性能能够满足各项技术条件的力学性能要求。
表1某机GH4586高温合金叶片锻件力学性能
实施例2
步骤1，对高温合金原始棒料进行表面处理，涂覆耐高温玻璃涂层；所述耐高温玻璃涂层的厚度为0.06mm；原始棒料直径为50mm；
步骤2，终锻成形
将高温合金原始棒料在电炉中加热至1120℃，加热40min；高温合金原始棒料加热的同时，将模座和模具预热至195℃，模具加热后，在棒料放入至模具内部前，在模具内部表面喷涂石墨润滑剂进行润滑，然后将棒料放入至模具中；然后在使用终锻模具在电动螺旋压力机上进行锻造，得到终锻件；该实施例中从高温原始棒料至终锻件的变形量为35％。
步骤3，固溶热处理，将终锻件加热至1060℃，保温4h+30min后油冷至室温。
步骤4，时效热处理，将固溶热处理后的锻件加热至750℃，保温16h+15min后空冷至室温；得到锻件成品。
实施例3
步骤1，对高温合金原始棒料进行表面处理，涂覆耐高温玻璃涂层；所述耐高温玻璃涂层的厚度为0.05mm；原始棒料直径为70mm。
步骤2，终锻成形
将高温合金原始棒料在电炉中加热至1090℃，加热70min；高温合金原始棒料加热的同时，将模座和模具预热至205℃，模具加热后，在棒料放入至模具内部前，在模具内部表面喷涂石墨润滑剂进行润滑，然后将棒料放入至模具中；然后在使用终锻模具在电动螺旋压力机上进行锻造，得到终锻件；该实施例中从高温原始棒料至终锻件的变形量为40％。
步骤3，固溶热处理，将终锻件加热至1075℃，保温4h+45min后油冷至室温。
步骤4，时效热处理，将固溶热处理后的锻件加热至760℃，保温16h+45min后空冷至室温；得到锻件成品。
实施例4
步骤1，对高温合金原始棒料进行表面处理，涂覆耐高温玻璃涂层；所述耐高温玻璃涂层的厚度为0.08mm；原始棒料直径为55mm。
步骤2，终锻成形
将高温合金原始棒料在电炉中加热至1170℃，加热55min；高温合金原始棒料加热的同时，将模座和模具预热至190℃，模具加热后，在棒料放入至模具内部前，在模具内部表面喷涂石墨润滑剂进行润滑，然后将棒料放入至模具中；然后在使用终锻模具在电动螺旋压力机上进行锻造，得到终锻件；该实施例中从高温原始棒料至终锻件的变形量为50％。
步骤3，固溶热处理，将终锻件加热至1080℃，保温4h后油冷至室温。
步骤4，时效热处理，将固溶热处理后的锻件加热至752℃，保温16h后空冷至室温；得到锻件成品。
实施例5
步骤1，对高温合金原始棒料进行表面处理，涂覆耐高温玻璃涂层；所述耐高温玻璃涂层的厚度为0.07mm；原始棒料直径为65mm。
步骤2，终锻成形
将高温合金原始棒料在电炉中加热至1150℃，加热52min；高温合金原始棒料加热的同时，将模座和模具预热至210℃，模具加热后，在棒料放入至模具内部前，在模具内部表面喷涂石墨润滑剂进行润滑，然后将棒料放入至模具中；然后在使用终锻模具在电动螺旋压力机上进行锻造，得到终锻件；该实施例中从高温原始棒料至终锻件的变形量为70％。
步骤3，固溶热处理，将终锻件加热至1065℃，保温5h后油冷至室温。
步骤4，时效热处理，将固溶热处理后的锻件加热至758℃，保温17h后空冷至室温；得到锻件成品。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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GH4586高温合金锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在GH4586高温合金原始棒料的表面涂覆耐高温玻璃涂层，得到涂覆有耐高温玻璃涂层的棒料；
步骤2，将涂覆有耐高温玻璃涂层的棒料放置于电炉中加热，加热后放置于终锻模具中；将放置有棒料的终锻模具在电动螺旋压力机上锻造，得到终锻件；
步骤3，将终锻件在电炉中进行固溶热处理后冷却；
步骤4，将固溶热处理后的终锻件在电炉中进行时效热处理后，冷却得到锻件成品。
2.根据权利要求1所述的一种GH4586高温合金锻造方法，其特征在于，步骤1中，耐高温玻璃涂层的厚度为0.05mm～0.08mm。
3.根据权利要求1所述的一种GH4586高温合金锻造方法，其特征在于，步骤2中，电炉的加热温度为1090℃～1170℃；加热时间和原始棒料的直径关系为，加热时间t＝(0.8-1)×原始棒料的直径，其中原始棒料直径的单位为mm，加热时间的单位为min。
4.根据权利要求1所述的一种GH4586高温合金锻造方法，其特征在于，步骤2中，电炉的加热温度为1120℃～1150℃。
5.根据权利要求1所述的一种GH4586高温合金锻造方法，其特征在于，步骤2中，锻造过程中使用精密垫板调整模具中上模具和下模具的闭合高度，以控制最后得到终锻件的厚度。
6.根据权利要求1所述的一种GH4586高温合金锻造方法，其特征在于，步骤2中，电炉加热涂覆有耐高温玻璃涂层棒料的同时，终锻模具和模座进行预热，预热温度为190-210℃。
7.根据权利要求6所述的一种GH4586高温合金锻造方法，其特征在于，步骤2中，终锻模具预热后，在其内部表面喷涂石墨润滑剂。
8.根据权利要求1所述的一种GH4586高温合金锻造方法，其特征在于，步骤2中，棒料至终锻件的变形量为35％～70％。
9.根据权利要求1所述的一种GH4586高温合金锻造方法，其特征在于，步骤3中，终锻件固溶热处理的温度为1060℃～1080℃，固溶热处理时间为4-5h；固溶热处理后通过油冷的方式冷却。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的GH4586高温合金锻造方法，其特征在于，步骤4中，时效热处理的温度为750℃～760℃，时效热处理时间为16-17h；时效热处理后的冷却方式为空冷。
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| GR01 | Patent grant | ||
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