CN112355208A - 一种gh907异形环锻件的近净轧制成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锻造技术领域，尤其涉及一种GH907异形环锻件的近净轧制成型方法，包括以下步骤：(1)下料；(2)闭式冲孔：将合金棒材放入闭式冲孔模具进行冲孔处理，制得环坯料；(3)矩形预轧；(4)带主辊异形预轧：矩形预轧坯料在轧机上进行异形轧制，采用异形主辊轧制，制得外径异形的异形轧坯料；(5)终轧：将异形轧坯料在轧机上进行闭式轧制，制得成型锻件；(6)热处理：将型锻件进行固溶、二次时效处理，即得异形环锻件。本发明提供的近净轧制成型方法，合金材料利用率高，生产成本低，生产效率高；所制得的异形环锻件成型尺寸满足设计要求，各项理化测试结果合格且富余量较大。
Description
技术领域
本发明属于锻造技术领域，尤其涉及一种GH907异形环锻件的近净轧制成型方法。
背景技术
INCOLOY 907合金(国内牌号GH907)是一种以铁-镍-钴为基的低膨胀高温合金，在650℃以下具有很高的强度，低的膨胀系数，良好的热疲劳性能和几乎恒定不变的弹性模量。该材料适合用于制造650℃以下，控制间隙大小的各类航空发动机环形件和机匣，如高压压气机后机匣、承力环和隔热环等。
国内航空发动机环形零件普遍采用矩形环锻件加工，其材料利用率很低(仅10％～15％)，材料成本高。近净成形技术是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工，就可用作机械构件的成形技术；具有高效、高精度、轻量化、低成本的优点，目前近净成型技术已经被大范围被用于在航空发动机锻件领域。
Forging,Case,Assy,STG 6是一种内外径形状复杂的异形环锻件，锻件根据零件形状及轮廓，采用锻件做零件的对称设计，锻件的截面形状如图1所示。该异形环锻件目前普遍采用的GH907合金加工制成，传统锻造工艺采用矩形环锻件加工成形，加工成形时采用采用多台阶加热的方式，低温预热后升温至高温加热、保温，如图4(a)所示。这种传统的锻造方法不仅材料利用率低，而且生产周期长。目前，也有不少关于异型环锻件新型加工技术的研究。
如公开号为CN109530607A的专利公开了一种718plus异形环锻件成形方法，采用逐步的聚料和轧制生产718plus异形环锻件，具体包括以下步骤：下料、镦粗冲孔、马架扩孔平端面、矩形预轧、异形预轧、终轧步骤。该专利在加工过程中采用胎模进行镦粗冲孔，能消除坯料出现的鼓肚，提高坯料质量和产品一致性。该专利公开的技术方案是用于民用航空发动机异形支撑环，该锻件仅内径异形，外径未基于零件轮廓进行异形设计，未实现近净成型。
又如公开号为CN106734804A的专利公开了一种GH907合金高筒环件的闭式冲孔方法，该专利为本申请人前期的研究，通过采用设计的冲孔模具进行冲孔，防止了冲过过程中坯料出现端面拉料、变形等缺陷，并且坯料无须进行滚圆整形操作，减少了操作步骤降低了操作难度，提高了生产效率。该专利公开的技术方法解决了GH907环件冲孔工艺存在的缺陷，但没有解决GH907合金异形环锻件存在的材料利用率低、生产周期长的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明研究者采用近净成形的设计理念，沿零件外廓并结合GH907合金成形特征设计出净成形截面的异形环锻件，解决了现有技术中材料利用率的问题；并对设计的净成形的形环锻件的锻造方法进行研究，解决了现有技术中GH907异形环锻件存在的生产周期长的问题。具体是通过以下技术方案实现的：
本发明采用近净成形的设计理念，根据零件的粗加工外廓形状及尺寸，对称设计，设计异性锻件的外形与零件相同，尺寸放单边～5mm余量进行设计，设计的异性环锻件如附图1所示。设计的异形环锻件，材料利用率高、机加余量小，可有效提升材料利用率；可将材料利用率从15％提升至30％。
本发明的在于提供一种GH907异形环锻件的近净轧制成型方法，所述异形环锻件的外形与零件相同，尺寸单边放～5mm余量，成型方法具体包括以下过程；
(1)下料：将GH907合金棒材按一定规格锯切；
(2)闭式冲孔：将合金棒材加热保温后放入闭式冲孔模具中，采用冲头向下运动，进行冲孔处理，制得环坯料；
(3)矩形预轧：将环坯料加热保温后在轧机上进行预轧，预轧后采用水压机平高度，制得矩形预轧坯料；
(4)带主辊异形预轧：将矩形预轧坯料加热保温后在轧机上进行异形轧制，采用异形主辊轧制，制得外径异形的异形预轧坯料；
(5)终轧：将异形预轧坯料加热保温后在轧机上进行闭式轧制，制得成型锻件；
(6)热处理：将型锻件进行固溶、二次时效处理，即得异形环锻件。
优选地，所述闭式冲孔，加热保温处理为：将合金棒材在1100±15℃加热后，按6min/10mm厚度进行保温，保温后进行冲孔。
优选地，所述矩形预轧、带主辊异形预轧、终轧，始锻前的热处理为:将坯料在1040±15℃加热后，按1min/1mm厚度进行保温，保温后进行轧制。
优选地，所述闭式冲孔模具包括胎模1，胎模1内底部有调整坯料位置的限位垫盘2，垫盘2上方设置有垫块3，垫块3根据GH907合金轧制坯料的高度设计。如附图2所示。
优选地，所述异形预轧坯料的内径在Φ450±10mm。
优选地，所述闭式轧制的具体为：采用异形主辊和芯辊模具对异形预轧坯料进行轧制，轧制时在主辊上下方分别设置上、下大盖板，对异形预轧坯料进行闭式轧制成，如附图3所示。
优选地，所述固溶处理为：940℃保温1小时，空冷至室温。
优选地，所述二次时效处理为：将固溶处理后的锻件先在760℃保温8h，空冷至室温；然后在620℃保温8h，空冷至室温即可。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的异形环锻件，是根据零件外廓并结合金属成形特征设计出净成形截面的环锻件；该锻件的材料利用率高、机加余量小，可有效提升材料利用率；可将材料利用率从15％提升至30％。
本发明通过研究制坯、轧制过程中锻件的加热保温方法，坯料采用到温度装炉，装炉后快速恢复至锻造加热温度进行保温处理；与传统低温装炉、多台阶加热保温的方法相比，制坯至少可节约4小时加热时间，轧制至少可节约3小时的升温等待时间。本发明的制坯、轧制的加热保温方法线更有利于生产安排、提高生产效率。
本发明采用设计的闭式冲孔模具制坯，采用胎模、冲头、垫盘组合成模具制坯，闭式冲孔模具的高度根据轧制坯料的高度设计，胎膜尺寸采用等体积换换算设计。采用闭式冲孔方式制取的环坯形状规整、冲孔底片较轻，有利于环坯轧制平稳、有利于提高原材料的利用率。通过实际生产证明，该坯料的冲孔底片重量仅4.5Kg，较常规设计单件节约冲芯原材料10Kg；锻件的下料重量仅为锻件重量的1.076倍，冲芯、火耗、修伤及工艺余料仅为锻件重量的7.6％(10.1Kg)，大大的降低了产品下料重量。
本发明采用闭式轧制的方法进行终轧，终轧过程完全符合工艺设计预期，锻件成形尺寸完全满足异形环锻件的设计要求，产品合格率达100％。
本发明提供的GH907异形环锻件的近净轧制成型方法，合金材料利用率高，生产成本低，且提高了GH907异形环锻件的生产效率；所制得的GH907异形环锻件成型尺寸满足设计要求，各项理化测试结果合格且富余量较大。
附图说明
图1为异形环锻件的设计图。
图2为闭式冲孔模的示意图，图中：1为胎模，2为垫盘，3为垫块，4为冲头。
图3为闭式轧制模具的装配图，图中：1为芯轴，2为芯辊，3为上盖板，4为主辊，5为下盖板。
图4为传统锻造方法与本发明方法制坯、轧制时加热保温处理的曲线图，a为传统锻造加热方法，b-本发明加热方法；锻造过程趁热回炉保温。
图5为异形环锻件的低倍镜检图，1指0°，2指180°。
图6为异形环锻件的高倍镜检图，(1)指0°，(2)指180°。
具体实施方式
下面结核具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
1、异形环锻件的设计：沿零件外廓并结合金属成形特征设计出净成形截面的异形环锻件；异形环锻件的形状与零件相同，尺寸单边放～5mm余量，如附图1所示。
2、闭式冲孔模具的设计：
设计要点如下：①根据锻件轧制坯料高度反推坯料要求高度；②采用等体积换算计胎模尺寸；③采用胎模、冲头、垫盘以及冲头组合成闭式冲孔模具，如附图2所所示，胎模1内底部有调整坯料位置的限位垫盘2，垫盘2上方设置有垫块3。
3、异形环锻件的近净轧制成型方法：
(1)下料：将GH907合金棒材按一定规格(Φ250×352mm)锯切；
(2)闭式冲孔：将合金棒材在1100℃加热，按6min/10mm厚度进行保温，保温后放入闭式冲孔模具进行镦粗、冲孔处理，变形量为40％，制得环坯料；
闭式冲孔后，坯料的冲孔底片重量仅4.5Kg，冲芯、火耗、修伤及工艺余料仅为锻件重量的7.6％(10.1Kg)；经计算锻件的下料重量仅为锻件重量的1.076倍；
(3)矩形预轧：将环形坯料在1040℃加热，按1min/1mm厚度进行保温，保温后在Φ1800mm轧机上进行预轧，变形量为25％；预轧后采用1250t水压机平高度，制得矩形预轧坯料；
(4)带主辊异形预轧：矩形预轧坯料在1040℃加热，按1min/1mm厚度进行保温，保温后在Φ3000mm轧机上进行异形轧制，采用异形主辊轧制，轧至坯料内径尺寸在Φ448mm～Φ453mm，制得外径异形的异形预轧坯料；
(5)终轧：将异形预轧坯料在1040℃加热，按1min/mm厚度进行保温，保温后在Φ3000mm轧机上进行闭式轧制，变形量为30％；制得成型锻件；
将成型锻件与设计的异形环锻件进行对比，锻件成形尺寸完全满足锻件图设计要求，产品合格率达100％；
(6)热处理：将成型锻件进行固溶、二次时效处理，即得异形环锻件。
所述闭式轧制的具体为：采用异形主辊和芯辊模具对异形预轧坯料进行轧制，轧制时在主辊上下方分别设置上、下大盖板，对异形预轧坯料进行闭式轧制成型，如附图3所示。
所述固溶处理为：940℃保温1小时，空冷至室温。
所述二次时效处理为：将固溶处理后的锻件先在760℃保温8h，空冷至室温；然后再在620℃保温8h，空冷至常温即可。
4、理化性能测试：
(1)镜检：采用低倍镜检查异形环锻件，检查结果发现：晶粒流线应沿外形平滑过渡，无扭曲或折叠迹象；如图5所示。
采用高倍镜对异形环锻件进行×100倍检查，检查结果发现：平均晶粒度为7级；如图6所示。
(2)室温拉伸性能测试：异形环锻件的室温拉伸性能检测结果如表1所示：
(3)硬度测试：异形环锻件的硬度检测结果如表2所示：
(4)高温(550℃)拉伸性能测试：异形环锻件的高温(550℃)拉伸性能检测结果如表3所示：
(5)高温持久性能测试：异形环锻件(光滑缺口组合试样)的高温(538℃)持久性能检测结果如表4所示：
实施例2传统锻造方法采用矩形环锻件设计，锻造流程为：镦粗、冲孔+2次矩形预轧+矩形终轧，锻造加热采用多台阶加热，低温预热后升温至高温加热、保温，不仅材料利用率低，而且生产周期长、能耗高。
在此有必要指出的是，以上实施例和试验例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和理解，不能理解为对本发明的技术方案做进一步的限定，本领域技术人员作出的非突出实质性特征和显著进步的发明创造，仍然属于本发明的保护范畴。
Claims (9)
1.一种GH907异形环锻件的近净轧制成型方法，其特征在于，具体包括以下过程：
(1)下料：将GH907合金棒材按一定规格锯切；
(2)闭式冲孔：将合金棒材加热保温后放入闭式冲孔模具中，采用冲头向下运动，进行冲孔处理，制得环坯料；
(3)矩形预轧：将环坯料加热保温后在轧机上进行预轧，预轧后采用水压机平高度，制得矩形预轧坯料；
(4)带主辊异形预轧：将矩形预轧坯料加热保温后在轧机上进行异形轧制，采用异形主辊轧制，制得外径异形的异形预轧坯料；
(5)终轧：将异形预轧坯料加热保温后在轧机上进行闭式轧制，制得成型锻件；
(6)热处理：将型锻件进行固溶、二次时效处理，即得异形环锻件。
2.如权利要求1所述的GH907异形环锻件的近净轧制成型方法，其特征在于，所述异形环锻件的外形与零件相同，尺寸单边放～5mm余量。
3.如权利要求1所述的GH907异形环锻件的近净轧制成型方法，其特征在于，所述闭式冲孔，加热保温处理为：将合金棒材在1100±15℃加热，按6min/10mm厚度进行保温，保温后进行冲孔。
4.如权利要求1所述的GH907异形环锻件的近净轧制成型方法，其特征在于，所述矩形预轧、带主辊异形预轧、终轧，加热保温处理为:将坯料在1040±15℃加热，按1min/1mm厚度进行保温，保温后进行轧制。
5.如权利要求1所述的GH907异形环锻件的近净轧制成型方法，其特征在于，所述闭式冲孔模具包括胎模1，胎模1内底部有调整坯料位置的限位垫盘2，垫盘2上方设置有垫块3，垫块3根据GH907合金轧制坯料的高度设计。
6.如权利要求1所述的GH907异形环锻件的近净轧制成型方法，其特征在于，所述异形预轧坯料的内径在Φ450±10mm。
7.如权利要求1所述的GH907异形环锻件的近净轧制成型方法，其特征在于，所述闭式轧制的具体为：采用异形主辊和芯辊模具对异形预轧坯料进行轧制，轧制时在主辊上下方分别设置上、下大盖板，对异形预轧坯料进行闭式轧制成型。
8.如权利要求1所述的GH907异形环锻件的近净轧制成型方法，其特征在于，所述固溶处理为：940℃保温1小时，空冷至室温。
9.如权利要求1所述的GH907异形环锻件的近净轧制成型方法，其特征在于，所述二次时效处理为：将固溶处理后的锻件先在760℃保温8h，空冷至室温；然后在620℃保温8h，空冷至室温即可。
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