GH4169合金钢圆棒的锻造方法
技术领域
本发明涉及一种GH4169合金钢圆棒的锻造方法,属于金属材料的锻造加工技术领域。
背景技术
GH4169合金钢是一种耐腐蚀性强的镍基变形高温合金,具有良好的抗氧化、高强度韧性以及良好的机械加工性能。广泛应用于航空发动机、挤压模具、燃气轮机等领域。因为其应用的领域相对高端,所以用户对产品的质量要求高。一般要求晶粒度差异在2级以内,对探伤裂纹等缺陷更是零容忍。GH4169合金钢由于其变形抗力大,合金成分含量高,容易造成较大的热应力及组织转变不均匀的问题,从而导致GH4169合金钢的成材率一直处于很低的水平。
对于GH4169合金钢的锻造质量问题的研究一直在进行。专利文献CN101036931A公开了一种GH4169合金盘形锻件在空气中的近等温锻造方法,其工艺过程为:加热GH4169合金原始棒料到995℃~1005℃后采用墩拔+冲孔+辗轧方法制作GH4169细毛坯,然后加热细晶毛坯到995~1005℃和锻模到950~965℃,同时加热细晶毛坯和锻模保持加热温湿度;在55MN~65MN的锻造压力和0.01s-1~0.05s-1的应变速率下锻模锻压细晶毛坯成形,获得盘形锻件,盘形锻件水冷处理。该方法获得晶粒细小、强度高、形状复杂的GH4169合金盘形锻件。
专利文献CN108160890A公开了一种抑制钢锭热锻墩粗时表面开裂的锻造方法,该方法在钢锭墩粗时中部腰鼓位置的直径大于钢锭端部直径的1.1倍后,将钢锭翻转90°,对钢锭的腰鼓进行轻压,单边压下量为钢锭中部腰鼓位置直径与钢锭端部直径之差的1/4到3/8。将钢锭腰鼓轻压一周,然后再将钢锭翻转90°,回到原来直立位置,继续墩粗。从而抑制钢锭表面开裂。
上述专利文献均未涉及GH4169合金钢在锻造加工圆棒材时的生产工艺,GH4169合金钢圆棒的成材率较低,锻件质量差的问题没有得到解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种GH4169合金钢圆棒的锻造方法,能有效降低GH4169合金圆棒锻造开裂缺陷率,降低中心疏松缩孔对锻材质量的影响,同时还能一定程度上改善锻材的组织均匀性,并提高GH4169合金钢圆棒的成材率。
为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是:GH4169合金钢圆棒的锻造方法,其特征在于,包括如下步骤:
将外直径尺寸为350mm~500mm的圆形铸坯进行加热处理,要求加热后的铸坯整体温度均匀,铸坯表面温度和心部温度均控制在1090℃±20℃以内;
将上述加热后的铸坯出炉进行锻造,锻造工艺为一次加热六趟锻造,锻件成品尺寸为150mm~240mm;
铸坯出炉至第一趟开锻的时间间隔为180s~220s,优选为200s;
第一趟开锻的锻件表面温度控制为930℃±20℃,表面与心部温差控制在130℃~190℃,此处温差通过控制空冷时间达到;表面与心部温差优选按照目标值160℃进行控制;
第一趟锻造过程的送进速度控制在3.0m/s~4.5m/s,优选为3.0m/s;旋转送进角度控制在14.0度/锤~14.5度/锤,优选为14.5度/锤;旋转送进角度与锻造送进速度呈反相关控制,即锻造送进速度越大,旋转送进角度越小;锻造锤击频率控制在100次/分~150次/分;
通过控制旋转送进角度与锻造送进速度,使得第一趟锻造过程的锻造心部轴向理论拉应力小于60MPa;
通过控制旋转送进角度、锻造送进速度与锻造锤击频率,使得第一趟锻造结束时,锻件表面轴向理论温差低于80℃,锻件表面周向理论温差低于30℃;
通过控制锻造频率,使得第一趟锻造过程的锻件表面温升控制在30℃~50℃,心部温升控制在低于10℃;
第一趟锻造完成后,锻造第二趟至第六趟;
第二趟至第六趟的锻造过程中,每趟在开锻时与前一趟的时间间隔均控制在20s~30s,即第二趟开锻时与第一趟的时间间隔、第三趟开锻时与第二趟的时间间隔、第四趟开锻时与第三趟的时间间隔、第五趟开锻时与第四趟的时间间隔、第六趟开锻时与第五趟的时间间隔均控制在20s~30s;每趟的锤击频率均控制在90次/分~120次/分;锻造过程的送进速度控制在3.0m/s~4.5m/s;旋转送进角度控制在14.0度/锤~14.5度/锤。
进一步的是:铸坯进行加热前,进行铸坯质量检测,要求冶金质量合格,疏松缩孔缺陷尺寸不大于15mm。
进一步的是:第一趟锻造过程中,锻件最高温度不超过1120℃。
进一步的是:第二趟至第六趟的锻造过程中,每趟锻造送进速度较前一趟锻造送进速度增加4%~6%,但最大送进速度不大于5.0m/s;每趟的旋转送进角度均控制在14.0度/锤。
本发明的有益效果是:通过合理控制锻造温度、送进速度、旋转角度、锤击频率以及锻造过程表面及心部温差等工艺参数,达到合理控制锻造过程中锻件心部轴向拉应力,增加心部等效应变,增加缩孔焊合率,降低锻件裂纹缺陷,提高锻件质量。同时由于心部等效应变的增加,锻件组织均匀性增加。经试验验证,本发明通过上述锻造方法,将GH4169合金探伤合格率从66.2%提升到78.5%,断面晶粒度差异由原来的3级减小到1.5级以下。本发明通过工艺参数控制,达到提高产品质量的目的,不用改变道次锻造比,无额外成本,具有较好的应用价值。
附图说明
图1是本发明中实施例2与对比例2的低倍组织形貌对比示意图;
图2是本发明中实施例2与对比例2的电镜形貌对比示意图;
图3是本发明中实施例3与对比例3的金相组织对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
本发明包括如下步骤:
将外直径尺寸为350mm~500mm的圆形铸坯进行加热处理,要求加热后的铸坯整体温度均匀,铸坯表面温度和心部温度均控制在1090℃±20℃以内;铸坯整体温度通过加热温度及加热时间进行控制。此外,为保证锻件成品质量,锻造加热前,需进行铸坯质量检测,要求铸坯夹杂等冶金质量合格,疏松缩孔缺陷尺寸不大于15mm。
将上述加热后的铸坯出炉进行锻造,锻造工艺为一次加热六趟锻造,锻件成品尺寸为150mm~240mm。
铸坯出炉至第一趟开锻的时间间隔为180s~220s,优选为200s。
第一趟开锻的锻件表面温度控制为930℃±20℃,表面与心部温差控制在130℃~190℃,此处温差通过控制空冷时间达到;表面与心部温差优选按照目标值160℃进行控制;此处工艺参数控制的目的在于控制锻造节奏,现有技术的常规工艺中并未严格要求锻造节奏,本发明在此处以锻件表面与心部温差作为控制要求。
第一趟锻造过程的送进速度控制在3.0m/s~4.5m/s,优选为3.0m/s;旋转送进角度控制在14.0度/锤~14.5度/锤,优选为14.5度/锤;旋转送进角度与锻造送进速度呈反相关控制,即锻造送进速度越大,旋转送进角度越小;锻造锤击频率控制在100次/分~150次/分;
通过控制旋转送进角度与锻造送进速度,使得第一趟锻造过程的锻造心部轴向理论拉应力小于60MPa;通过控制旋转送进角度、锻造送进速度与锻造锤击频率,使得第一趟锻造结束时,锻件表面轴向理论温差低于80℃,锻件表面周向理论温差低于30℃。通过控制锻造频率,使得第一趟锻造过程的锻件表面温升控制在30℃~50℃,心部温升控制在低于10℃;并且第一趟锻造过程中,锻件最高温度不超过1120℃。温升为锻造发热造成,此处为通过控制锻造频率来控制温升,当温升过大时需要进行一定的降温处理。
第一趟锻造完成后,锻造第二趟至第六趟;由于消除偏析及缩孔基本在第一趟高温锻造完成,后续仅控制不产生异常组织,即控制表面温升。因而,锻造第二趟至第六趟,按正常生产节奏进行锻造,仅需注意控制表面温升,优选按如下方式实施:第二趟至第六趟的锻造过程中,每趟在开锻时与前一趟的时间间隔均控制在20s~30s,即第二趟开锻时与第一趟的时间间隔、第三趟开锻时与第二趟的时间间隔、第四趟开锻时与第三趟的时间间隔、第五趟开锻时与第四趟的时间间隔、第六趟开锻时与第五趟的时间间隔均控制在20s~30s;每趟的锤击频率均控制在90次/分~120次/分;锻造过程的送进速度控制在3.0m/s~4.5m/s;旋转送进角度控制在14.0度/锤~14.5度/锤。此外,第二趟至第六趟的锻造过程中,每趟锻造送进速度可较前一趟锻造送进速度增加4%~6%,但最大送进速度不大于5.0m/s;每趟的旋转送进角度均控制在14.0度/锤。
实施例与对比例
本发明中的实施例与对比例所用锻造机型号为45/50MN快锻机组,对工作压力大于25MN快锻机组均适用。
所采用的铸坯原料化学成分符合国家及行业相关标准即可,实施例与对比例的化学成分范围如表1所示,其余为Fe和不可避免的杂质。
表1GH4169合金化学成分
将不同尺寸的上述成分的铸坯加热到1090℃,断面温度均匀,出炉后200s内,按表2所示的工艺参数开始第一趟锻造。第二趟至第六趟锻造按照正常生产节奏,适当控制锤击频率控制表面温升即可。
表2锻造工艺参数
由表2可以看出,本发明将GH4169合金探伤合格率从66.2%提升到78.5%,断面晶粒度差异由原来的3级减小到1.5级以下。
此外,本发明中实施例2与对比例2的低倍组织形貌对比如图1所示,实施例2与对比例2的电镜形貌对比如图2所示;实施例3与对比例3的金相组织对比如图3所示。由此可以看出,本发明能有效降低GH4169合金圆棒锻造开裂缺陷率,降低中心疏松缩孔对锻材质量的影响,同时还能一定程度上改善锻材的组织均匀性。