CN112226710A - 降低gh4096合金薄壁盘环件内部残余应力的热处理方法和装置 - Google Patents

降低gh4096合金薄壁盘环件内部残余应力的热处理方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种降低GH4096合金盘环锻件内部残余应力热处理方法和装置，该装置包括平台底座(1)、回转支撑(2)、旋转工作台(3)、减速机(5)、电机(6)、风机(7)、风机支架(8)、控制面板(9)、喷雾装置(11)。可以提高工件冷却过程的均匀性，保证工艺的一致性，使热处理后工件的性能更加稳定，残余应力更低。

Description

降低GH4096合金薄壁盘环件内部残余应力的热处理方法和 装置
技术领域
本发明属于金属热处理技术领域，涉及一种降低GH4096合金薄壁盘环件内部残余应力的热处理方法和装置。
背景技术
盘、环件通常用作高速转动件，例如航空发动机盘、车轮等，这类零件对性能的均匀性要求非常高。为了控制零件的淬火残余应力，目前越来越多的零件毛坯要求风冷，对冷却均匀性和风速的精确控制也提出了更高的要求。目前常用的风冷装置通常将工件放置平台和风机平行放置，工件利用风机吹出的横向风进行冷却，这种冷却方式造成热处理工件面对工件一侧冷却较快，而背对风机的一侧冷却较慢，由于冷却不均匀导致性能存在差异。有些装置采用旋转工作平台，解决了径向上的冷却不均问题，但工件的上下表面还存在较大的差异，这种差异引起的性能波动对要求苛刻的航空发动机转动件也会造成一定的使用风险。
GH4096合金是航空发动机常用材料，通常用来制备盘环锻件，该合金传统的固溶冷却方式是油冷，然而油冷的GH4096合金锻件时效处理后在制备薄壁类零件时容易出现冷加工变形问题，导致零件尺寸公差难以保证。锻件中存在较大的残余应力是造成冷加工变形的重要因素，因此，只有锻件的内部残余应力降低到一定水平，才能从根本上解决零件加工变形问题。GH4096合金锻件主要在固溶处理后的冷却过程产生内部残余应力，为了降低内部残余应力需要提高固溶后工件各部位冷却速度的一致性，但只采用风冷会使工件的冷却速度降低从而降低材料性能。
发明内容
本发明的目的：提供一种降低GH4096合金盘环锻件内部残余应力热处理方法和装置，可以提高工件冷却过程的均匀性，保证工艺的一致性，使热处理后工件的性能更加稳定，残余应力更低。
本发明涉及的GH4096合金成分(质量百分比)为：C：0.005-0.06；Cr：15.0-16.5；Co：12.5-13.5；W：3.8-4.2；Mo：3.8-4.2；Al：2.0-2.4；Ti：3.5-3.9；Nb：0.6-1.0；Zr：0.025-0.050；B：0.006-0.015；Ni：余。
本发明的技术方案：一方面，提供一种降低GH4096合金薄壁盘环件内部残余应力的装置，所述装置包括平台底座1、回转支撑2、旋转工作台3、减速机5、电机6、风机7、风机支架8、控制面板9、喷雾装置11；
回转支撑2位于平台底座1上方，并与平台底座1转动连接；电机6固定于平台底座1，电机6的输出端与减速机5连接；减速机5与回转支撑2连接，带动回转支撑2转动；回转支撑2上端设置有旋转工作台3，旋转工作台3用于支撑工件4；
风机7安装于风机支架8，并由控制面板9进行控制；风机7进风口处设置有喷雾装置11；喷雾装置11安装于风机支架8，用于向风机7进风口处喷射冷却液体。
进一步地，旋转工作台3上设置有挡块，用于对工件4进行径向限位。
进一步地，所述装置包括两个风机7，两个风机7风向的角度夹角为R，R为20°～80°。
进一步地，旋转工作台3上表面设置有多个半圆形垫块，用于对工件4进行支撑。
另一方面，提供一种降低GH4096合金薄壁盘环件内部残余应力的方法，利用如上所述的装置，所述方法包括：
将工件4在热处理炉中进行固溶处理，热处理温度为1050℃-1080℃、保温时间为2-6小时；工件4为GH4096合金；
将工件4从热处理炉中取出并固定于旋转工作台3；控制面板9控制风机7启动；当工件表面温度降至850℃-800℃时，控制面板9控制喷雾装置11启动，并向风机7进风口处喷射液体，对工件4进行气雾冷却。
进一步地，所述方法包括：将工件4从热处理炉中取出到风机7启动的时间不超过90秒。
进一步地，所述方法包括：工件冷却过程中的旋转速度控制在10-20转/分钟。
进一步地，所述方法包括：当工件表面温度降至200℃以下时，控制面板9控制风机7、喷雾装置11停止工作，进行空冷。
进一步地，所述方法包括：冷却时工件表面的风速为8-15米/秒。
本发明的有益效果：
本发明提供的装置和方法有助于改善盘环件冷却过程全表面的冷却均匀性，冷却速度也可以通过调整风机转速、吹风角度和喷雾流量进行精确控制，从而获得性能良好内部残余应力较低的盘环锻件，解决薄壁零件冷加工过程的变形问题。
工件在冷却过程中随旋转工作台转动提高了圆周方向上的冷却均匀性；采用按一定角度放置的风机在工件一侧吹风，且工件旋转工作台采用双层骨架结构，有效降低了对风的阻挡，提高了工件上下面的冷却均匀性；冷却速度均匀可使工件各个部位的性能更加均匀；冷却强度可以通过调整风速、吹风角度和喷雾流量进行控制；提高冷却均匀性控制冷却强度有利于在保证工件性能的情况下大幅度降低冷却过程形成的残余应力。
附图说明
图1本发明的装置结构示意图；
图2为旋转工作台3的俯视图；
附图标记说明：1-平台底；2-回转支撑；3-旋转工作台；4-工件；5-减速机；6-电机；7-风机；8-风机支架；9-控制面板；11-喷雾装置。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：
实施例1
图1本发明的装置结构示意图,如图1所示，本实施例，提供一种降低GH4096合金薄壁盘环件内部残余应力的装置，所述装置包括平台底座1、回转支撑2、旋转工作台3、减速机5、电机6、风机7、风机支架8、控制面板9、喷雾装置11。
回转支撑2位于平台底座1上方，并与平台底座1转动连接；电机6固定于平台底座1，电机6的输出端与减速机5连接；减速机5与回转支撑2连接，带动回转支撑2转动；回转支撑2上端设置有旋转工作台3，旋转工作台3用于支撑工件4。
风机7安装于风机支架8，并由控制面板9进行控制；风机7进风口处设置有喷雾装置11；喷雾装置11安装于风机支架8，用于向风机7进风口处喷射冷却液体。
图2为旋转工作台3的俯视图，如图2所示，本实施例，旋转工作台3上设置有挡块，用于对工件4进行径向限位。所述装置包括两个风机7，两个风机7风向的角度夹角为R，R为20°～80°。旋转工作台3上表面设置有多个半圆形垫块，用于对工件4进行支撑。
放置冷却工件的旋转工作台通过回转支撑与平台底座相连，回转支撑通过减速机与电机相连，旋转工作台的旋转速度可通过调整与电机相连的变频的频率进行调整，电机开关和频率调整按钮置于控制面板上，旋转工作台的工件放置面位于两台风机风向的交界面上。
本实施例的旋转工作台为双层结构，底层与回转支撑连接，旋转工作台和与底层相连的部分采用骨架架构，旋转工作台的表面安装半圆形垫块，以减少对风的阻挡；旋转工作台的骨架外侧安装高于半圆形垫块的挡块，防止工件在旋转过程中掉落。
实施例2
本实施例，提供一种降低GH4096合金薄壁盘环件内部残余应力的方法，利用如上所述的装置，所述方法包括：
将工件4在热处理炉中进行固溶处理，热处理温度为1050℃-1080℃、保温时间为2-6小时；工件4为GH4096合金；
将工件4从热处理炉中取出并固定于旋转工作台3；控制面板9控制风机7启动；当工件表面温度降至850℃-800℃时，控制面板9控制喷雾装置11启动，并向风机7进风口处喷射液体，对工件4进行气雾冷却。
进一步地，所述方法包括：将工件4从热处理炉中取出到风机7启动的时间不超过90秒；工件冷却过程中的旋转速度控制在10-20转/分钟；当工件表面温度降至200℃以下时，控制面板9控制风机7、喷雾装置11停止工作，进行空冷。进一步地，所述方法包括：冷却时工件表面的风速为8-15米/秒。喷雾的液体流量为1-3升/分钟，并且在风机7启动前，要通过调整喷头的位置和松紧，确保喷雾均匀覆盖进风口。
本实施例，用专用的吊具将加热保温结束的GH4096合金环件转移至风冷装置的工件放置台上，并尽量放置在旋转工作台中心，启动风机和旋转工作台开关，开始计时，并采用温度检测设备对工件表面温度进行监控，当工件表面温度降至850℃时开启喷雾装置，水流量控制在1升/分钟，当工件表面温度降至200℃以下时，关闭风机和旋转工作台，使用专用吊具将工件转移至半成品件放置区，并按照工艺要求在工件上做好标记。常规油冷和气雾冷却GH4096合金薄壁盘件后，解剖测试室温拉伸性能和内部残余应力，结果如表1所示，GH4096合金薄壁盘件经过本实例的风冷+气雾冷却方式后，室温抗拉强度和屈服强度仅小幅下降，毛坯内部残余应力最高值大幅降低。
表1不同冷却方式的GH4096合金薄壁盘件室温拉伸性能和残余应力测试情况
Figure BDA0002727220570000041

Claims (9)

1.一种降低GH4096合金薄壁盘环件内部残余应力的装置，其特征在于，所述装置包括平台底座(1)、回转支撑(2)、旋转工作台(3)、减速机(5)、电机(6)、风机(7)、风机支架(8)、控制面板(9)、喷雾装置(11)；
回转支撑(2)位于平台底座(1)上方，并与平台底座(1)转动连接；电机(6)固定于平台底座(1)，电机(6)的输出端与减速机(5)连接；减速机(5)与回转支撑(2)连接，带动回转支撑(2)转动；回转支撑(2)上端设置有旋转工作台(3)，旋转工作台(3)用于支撑工件(4)；
风机(7)安装于风机支架(8)，并由控制面板(9)进行控制；风机(7)进风口处设置有喷雾装置(11)；喷雾装置(11)安装于风机支架(8)，用于向风机(7)进风口处喷射冷却液体。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，旋转工作台(3)上设置有挡块，用于对工件(4)进行径向限位。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括两个风机(7)，两个风机(7)风向的角度夹角为R，R为20°～80°。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，旋转工作台(3)上表面设置有多个半圆形垫块，用于对工件(4)进行支撑。
5.一种降低GH4096合金薄壁盘环件内部残余应力的方法，利用权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述方法包括：
将工件(4)在热处理炉中进行固溶处理，热处理温度为1050℃-1080℃、保温时间为2-6小时；工件(4)为GH4096合金；
将工件(4)从热处理炉中取出并固定于旋转工作台(3)；控制面板(9)控制风机(7)启动；当工件表面温度降至850℃-800℃时，控制面板(9)控制喷雾装置(11)启动，并向风机(7)进风口处喷射液体，对工件(4)进行气雾冷却。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括：将工件(4)从热处理炉中取出到风机(7)启动的时间不超过90秒。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括：工件冷却过程中的旋转速度控制在10-20转/分钟。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括：当工件表面温度降至200℃以下时，控制面板(9)控制风机(7)、喷雾装置(11)停止工作，进行空冷。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括：冷却时工件表面的风速为8-15米/秒。
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