CN111085828A - 一种应力均匀高温合金环件的成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种应力均匀高温合金环件的成形方法，涉及环形锻件制造技术领域，包括以下步骤：1)棒材下料：根据锻件规格和所需余料进行棒材下料；2)镦粗‑冲孔：棒材经加热后进行镦粗、冲孔，由此获得环轧所需环坯；3)环轧成形：环坯经加热后在环轧机上轧制成形环件；4)内环面机加工：对环件内环面进行机械加工，保证环件内径均匀一致；5)热胀形：根据需要选择热胀形温度和胀形量；6)固溶和时效处理：根据需要选择高温合金固溶温度，时效处理按照标准执行。本发明采用热胀形方法，材料高温下变形抗力下降，所需胀形力降低，对胀形设备要求降低；热胀形工序在固溶热处理之前，在保证环件力学性能的前提下，提高环件整体残余应力均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及环形锻件制造技术领域，特别是涉及一种应力均匀高温合金环件的成形方法。
背景技术
环形锻件一般采用环轧工艺成形，环轧工艺为局部连续成形，环件各部位变形不均匀，导致环件成形过程各部位应力分布不均匀。不均匀分布的残余应力会引起零件发生翘曲或扭曲变形，甚至开裂。残余应力的存在有时不会立即表现为缺陷，而当零件在工作中因工作应力与残余应力的叠加，使总应力超过屈服极限时，便出现不均匀变形，导致装备的寿命和效率下降。因此，欲减小零部件后续加工和使用过程中的不均匀变形，必须提高环形锻件残余应力分布的均匀性；而欲提高环形锻件残余应力分布的均匀性，必须实现环件整体均匀连续变形。
专利《CN201810246049.3》，《CN201810245075.4》，《CN201710913172.1》提出了通过热胀形进行环件成形的方法，把热轧的所述锥形环轧件套装在胀形机内经预热的胀形块外围，移动经预热的压块与胀形块配合并压在该环轧件的上端面。启动胀形机，使胀形块从该环轧件的内圆锥面沿径向挤压该环轧件，同时所述压块沿轴向同步挤压该环轧件使其发生内外径尺寸扩大、壁厚减薄和高度减小的塑性变形，达到预定尺寸并经保压后完成胀形；胀形过程中，胀形温度870～960℃，胀形速度0.47～1.47mm/s，压下速度0.09～0.89mm/s，保压时间55～95s；接着使该环轧件沿中心轴线旋转30°，再按上述操作把胀形过程中在该环轧件的内圆锥面形成的凸出痕迹胀平后完成校形。胀形后的该环轧件的尺寸精度达到±2mm,主要用于航空航天等领域。《CN201611093500.X》提出了一种低应力GH4169高温合金环件制造方法，先将GH4169高温合金棒材加热保温后镦粗、冲孔，再经过预轧、终轧制成环件，对环件进行固溶处理，固溶冷却时采用≥160℃的水介质，固溶后进行冷胀形，胀形量为1.8％～2.2％，胀形后进行时效处理，从而获得低应力GH4169高温合金环件。该方法能够有效地去除GH4169高温合金环件的残余应力，提高锻件性能。该方法用于低应力GH4169高温合金环件制造。
但上述技术方案存在以下缺点：
专利《CN201810246049.3》，《CN201810245075.4》，《CN201710913172.1》对高温合金环件胀形温度、胀形速度、压下速率、保压时间进行了规定。但是针对高温合金，其牌号众多，而且各个合金牌号均有各自的组织及性能特点，因此难以通过统一的参数进行应力均匀化调控。
另一方面，专利《CN201611093500.X》采用固溶冷却后冷胀形的方法降低环件的残余应力，因室温下高温合金的变形抗力较高，因此所需胀形力较大，对胀形设备也较高。
因此，亟需提供一种新的应力均匀高温合金环件的成形方法，以解决现有技术中所存在的上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种应力均匀高温合金环件的成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，降低对胀形设备的要求也降低，并且在保证环件力学性能的前提下，降低残余应力水平。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种应力均匀高温合金环件的成形方法，包括以下步骤：
1)棒材下料：根据锻件规格和所需余料进行棒材下料；
2)镦粗-冲孔：棒材经加热后进行镦粗、冲孔，由此获得环轧所需环坯；
3)环轧成形：环坯经加热后在环轧机上轧制成形环件；
4)内环面机加工：对环件内环面进行机械加工，保证环件内径均匀一致；
5)热胀形：根据需要选择热胀形温度和胀形量；
6)固溶和时效处理：根据需要选择高温合金固溶温度，时效处理按照标准执行。
优选的，所述步骤5)中，热胀形温度为一次析出相溶解温度以下40℃～60℃，胀形量为2％～2.5％。
优选的，所述步骤6)中，环件采用高温合金材料制成。
优选的，所述步骤6)中，环件固溶温度为一次析出相溶解温度以下20～50℃。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明在原有环件轧制成形方法的基础上，采用热胀形方法，材料高温下变形抗力下降，所需胀形力降低，对胀形设备的要求也降低；热胀形工序在固溶热处理之前，通过整体塑性变形方法，在保证环件力学性能的前提下，提高了环件整体残余应力均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中应力均匀高温合金环件的成形方法的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种应力均匀高温合金环件的成形方法，包括以下步骤：
1)棒材下料：根据锻件规格和所需余料进行棒材下料；
2)镦粗-冲孔：棒材经加热后进行镦粗、冲孔，由此获得环轧所需环坯；
3)环轧成形：环坯经加热后在环轧机上轧制成形环件；
4)内环面机加工：对环件内环面进行机械加工，保证环件内径均匀一致；在胀形前，对内环面进行机加工，能够保证尺寸精度；
5)热胀形：根据需要选择热胀形温度和胀形量；
6)固溶和时效处理：根据需要选择高温合金固溶温度，时效处理按照标准执行。
在本实施例中，所述步骤5)中，热胀形温度为一次析出相溶解温度以下40℃～60℃，胀形量为2％～2.5％。
在本实施例中，所述步骤6)中，环件采用高温合金材料制成。
在本实施例中，所述步骤6)中，环件(高温金属)固溶温度为一次析出相溶解温度以下20～50℃。
在本实施例中，环件优选采用GH4169合金，环件经下料、镦粗、冲孔、轧制、内环面机加后，在一次析出相(δ相)溶解温度以下60℃进行胀形，胀形量为2.3％，其中δ相为热加工温度范围内除基体外合金中主要存在的析出相，其溶解温度约为1020℃；胀形结束后在一次析出相(δ相)溶解温度以下50℃进行固溶热处理，时效制度为标准双时效。
1、残余应力测试结果如下表：
其中，στ，σr分别为周向应力和径向应力；
U：环件上端面，D代表下端面；
Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ为上端面从内到外三个不同测试圆周；
1～8为圆周上均布的8个测试点。
2、应力分布均匀性如下表：
表中：
A1：周向应力沿圆周方向均匀性；
A2：轴向应力沿圆周方向均匀性；
A3：径向应力沿圆周方向均匀性
A4：周向应力沿轴向均匀性；
A5：轴向应力沿轴向均匀性
A6：周向应力沿径向均匀性
A7：径向应力沿径向均匀性。
实施例二
本实施例是在实施例一的基础上进行的改进，其改进之处在于：本实施例中环件材料采用GH4738合金，环件经下料、镦粗、冲孔、轧制、内环面机加后，在一次析出相(γ＇相)溶解温度下40℃进行胀形，胀形量为2.4％，其中γ＇相为热加工温度范围内除基体外合金中主要存在的析出相，其溶解温度约为1040℃；胀形结束后在一次析出相(γ＇相)溶解温度以下20℃进行固溶热处理，时效制度为标准双时效。
1、残余应力测试结果如下表：
其中，στ，σr分别为周向应力和径向应力。
U：环件上端面，D代表下端面；
Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ为上端面从内到外三个不同测试圆周；
1～8为圆周上均布的8个测试点。
| 单位(Mpa) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| σ<sub>τ</sub>-U-Ⅰ | -589.68 | -333.6 | -462.36 | -492.36 | -560.88 | -330.24 | -336 | -514.8 |
| σ<sub>τ</sub>-U-Ⅱ | -563.64 | -375.96 | -349.2 | -317.64 | -419.52 | -525.84 | -406.8 | -255.36 |
| σ<sub>τ</sub>-U-Ⅲ | -567.24 | -342.36 | -368.4 | -356.28 | -464.04 | -561.48 | -398.16 | -375.6 |
| σ<sub>r</sub>-U-Ⅰ | -538.68 | -507.48 | -478.92 | -536.04 | -607.92 | -512.4 | -527.88 | -645.48 |
| σ<sub>r</sub>-U-Ⅱ | -532.2 | -456.12 | -452.28 | -335.4 | -486.36 | -503.88 | -411.72 | -315.24 |
| σ<sub>r</sub>-U-Ⅲ | -526.68 | -471.72 | -489.6 | -646.8 | -559.92 | -507.6 | -465.48 | -465.48 |
| σ<sub>τ</sub>-D-Ⅰ | -322.32 | -489 | -561.72 | -553.8 | -421.32 | -482.4 | -592.56 | -514.2 |
| σ<sub>τ</sub>-D-Ⅱ | -393.72 | -490.44 | -358.68 | -411.48 | -387 | -431.04 | -491.28 | -454.56 |
| σ<sub>τ</sub>-D-Ⅲ | -315.12 | -453.36 | -585.24 | -559.68 | -529.2 | -458.4 | -629.76 | -507.12 |
| σ<sub>r</sub>-D-Ⅰ | -390.48 | -549.84 | -714.96 | -671.28 | -577.32 | -633 | -795.96 | -625.8 |
| σ<sub>r</sub>-D-Ⅱ | -452.76 | -581.28 | -372.6 | -412.8 | -415.08 | -493.92 | -507.48 | -592.68 |
| σ<sub>r</sub>-D-Ⅲ | -342.48 | -477.24 | -607.2 | -555.12 | -593.04 | -561.48 | -677.52 | -674.4 |
2、应力分布均匀性如下表：
表中：
A1：周向应力沿圆周方向均匀性；
A2：轴向应力沿圆周方向均匀性；
A3：径向应力沿圆周方向均匀性
A4：周向应力沿轴向均匀性；
A5：轴向应力沿轴向均匀性
A6：周向应力沿径向均匀性
A7：径向应力沿径向均匀性。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种应力均匀高温合金环件的成形方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)棒材下料：根据锻件规格和所需余料进行棒材下料；
2)镦粗-冲孔：棒材经加热后进行镦粗、冲孔，由此获得环轧所需环坯；
3)环轧成形：环坯经加热后在环轧机上轧制成形环件；
4)内环面机加工：对环件内环面进行机械加工，保证环件内径均匀一致；
5)热胀形：根据需要选择热胀形温度和胀形量；
6)固溶和时效处理：根据需要选择高温合金固溶温度，时效处理按照标准执行。
2.根据权利要求1所述的应力均匀高温合金环件的成形方法，其特征在于：所述步骤5)中，热胀形温度为一次析出相溶解温度以下40℃～60℃，胀形量为2％～2.5％。
3.根据权利要求2所述的应力均匀高温合金环件的成形方法，其特征在于：所述步骤6)中，环件采用高温合金材料制成。
4.根据权利要求3所述的应力均匀高温合金环件的成形方法，其特征在于：所述步骤6)中，环件固溶温度为一次析出相溶解温度以下20～50℃。
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112095059A (zh) * | 2020-09-27 | 2020-12-18 | 豪梅特航空机件(苏州)有限公司 | 一种提升i718合金锻件机械性能的工艺 |
| CN112122540A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-25 | 豪梅特航空机件(苏州)有限公司 | 一种高温合金环形件微应力锻造工艺 |
| CN112522502A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-03-19 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 一种延长环件寿命的处理方法 |
| CN112719928A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-30 | 武汉理工大学 | 一种环形锻件的智能生产方法和系统 |
| CN113059099A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-07-02 | 无锡透平叶片有限公司 | 提高高温合金和钛合金锻件拉伸强度及其均匀性的方法 |
| CN113211021A (zh) * | 2021-06-04 | 2021-08-06 | 广东美芝精密制造有限公司 | 一种空心活塞的制造方法 |
| CN113245485A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-08-13 | 机械科学研究总院江苏分院有限公司 | 一种金属环件轧制工艺 |
| CN114318192A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 内孔胀形淬火调控高温合金环形件残余应力的方法及其应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105033125A (zh) * | 2015-06-08 | 2015-11-11 | 西北工业大学 | 一种钛合金等厚薄壁异形环件轧胀复合成形方法 |
| CN106583611A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-04-26 | 贵州安大航空锻造有限责任公司 | 低应力tc4钛合金环件制造方法 |
| CN106637012A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-05-10 | 贵州安大航空锻造有限责任公司 | 低应力gh4169高温合金环件制造方法 |
| CN108247288A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-07-06 | 贵州航宇科技发展股份有限公司 | 一种Ti6242钛合金薄壁环件的加工制造方法 |
| CN108568461A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-09-25 | 贵州安大航空锻造有限责任公司 | 钴基高温合金锥形环轧件的热胀形方法 |
| CN109352289A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-02-19 | 陕西宏远航空锻造有限责任公司 | 一种gh4169合金环件的成型工艺方法 |
| CN109570913A (zh) * | 2017-09-29 | 2019-04-05 | 贵州安大航空锻造有限责任公司 | 高温合金环件轧制及胀形复合成形方法 |
-
2019
- 2019-12-30 CN CN201911388414.5A patent/CN111085828A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105033125A (zh) * | 2015-06-08 | 2015-11-11 | 西北工业大学 | 一种钛合金等厚薄壁异形环件轧胀复合成形方法 |
| CN106583611A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-04-26 | 贵州安大航空锻造有限责任公司 | 低应力tc4钛合金环件制造方法 |
| CN106637012A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-05-10 | 贵州安大航空锻造有限责任公司 | 低应力gh4169高温合金环件制造方法 |
| CN109570913A (zh) * | 2017-09-29 | 2019-04-05 | 贵州安大航空锻造有限责任公司 | 高温合金环件轧制及胀形复合成形方法 |
| CN108247288A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-07-06 | 贵州航宇科技发展股份有限公司 | 一种Ti6242钛合金薄壁环件的加工制造方法 |
| CN108568461A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-09-25 | 贵州安大航空锻造有限责任公司 | 钴基高温合金锥形环轧件的热胀形方法 |
| CN109352289A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-02-19 | 陕西宏远航空锻造有限责任公司 | 一种gh4169合金环件的成型工艺方法 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112122540A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-25 | 豪梅特航空机件(苏州)有限公司 | 一种高温合金环形件微应力锻造工艺 |
| CN112122540B (zh) * | 2020-08-28 | 2022-08-05 | 豪梅特航空机件(苏州)有限公司 | 一种高温合金环形件微应力锻造工艺 |
| CN112095059A (zh) * | 2020-09-27 | 2020-12-18 | 豪梅特航空机件(苏州)有限公司 | 一种提升i718合金锻件机械性能的工艺 |
| CN112522502A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-03-19 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 一种延长环件寿命的处理方法 |
| CN112719928A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-30 | 武汉理工大学 | 一种环形锻件的智能生产方法和系统 |
| CN113059099A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-07-02 | 无锡透平叶片有限公司 | 提高高温合金和钛合金锻件拉伸强度及其均匀性的方法 |
| CN113211021A (zh) * | 2021-06-04 | 2021-08-06 | 广东美芝精密制造有限公司 | 一种空心活塞的制造方法 |
| CN113245485A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-08-13 | 机械科学研究总院江苏分院有限公司 | 一种金属环件轧制工艺 |
| CN114318192A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 内孔胀形淬火调控高温合金环形件残余应力的方法及其应用 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200501 |
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