CN112589020B - 一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法 - Google Patents

一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于锻件制造工艺技术领域，具体涉及一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法，包括下料、闭式镦粗、冲孔、马架扩孔平端面、多次火预轧、均匀化加热、终轧、胀形步骤；所述闭式镦粗，其加热温度为1050‑1080℃；所述马架扩孔平端面、预轧和终轧，其加热温度为1030‑1050℃；所述胀形，其加热温度为1025‑1035℃；采用本发明的方法实现了运用Waspaloy合金生产航空发动机高压涡轮封严环，使得Waspaloy薄壁环具有较好的力学性能、抗疲劳性能和抗蠕变性能，克服了Waspaloy薄壁环的裂纹缺陷。

Description

一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法
技术领域
本发明属于锻件制造工艺技术领域，具体涉及一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法。
背景技术
对于航空的发动机而言，密封效果的好坏是衡量金属密封环质量好坏的重要指标，是安全性生产与应用的保障，由于机械运行中会经常发生振动现象，这在较大程度的影响了密封环的密封性能并减少了密封环的寿命，所以必须要保证金属密封环具备如下特征：一是密封，二是吸振且能较好的和振动节拍保持一致；三是耐磨能力强。只有具备了上述特征，密封环才能够满足在恶劣的环境下如高压、高温。
Waspaloy合金是一种沉淀硬化型镍基高温合金，在760℃以下具有高的抗拉伸性和持久强度,在870℃以下具有良好的抗氧化性，并且有良好的强韧化匹配性、优越的高温性能和良好的加工性，是首选的民用航空发动机优质旋转部件。但Waspaloy合金作为典型的难变形合金，其合金化程度高，变形抗力大，可变形温度窄，因此热加工成型难度大，容易产生锻造裂纹。若锻造温度偏低则材料表面裂纹严重，若煅烧温度偏高则晶粒度较粗导致组织性能不能满足使用要求。因此Waspaloy合金锻件的组织和性能不易控制，加之，民用航空发动机高压涡轮封严环属于壁厚较薄的环锻件，在生产封严环的过程中，因产品壁厚薄和Waspaloy材料固有的特点，容易出现坯料开裂造成尺寸不合格的情况，或者组织性能不合格的情况，从而造成机加变形的缺点，这直接造成了Waspaloy合金难以用于高压涡轮封严环的制作。
目前，最大程度消除waspaloy薄壁环锻件生产时产生的裂纹缺陷，同时确保锻件的组织均匀加工性良好成为waspaloy薄壁环锻件生产的技术瓶颈。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法。
具体是通过以下技术方案来实现的：
一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法，包括下料、闭式镦粗、冲孔、马架扩孔平端面、多次火预轧、均匀化加热、终轧、胀形步骤；所述闭式镦粗，其加热温度为1050-1080℃；所述马架扩孔平端面、预轧和终轧，其加热温度为1030-1050℃；所述胀形，其加热温度为1025-1035℃。
所述均匀化加热采用到温装炉的方式，在装炉后先保持加热温度为1040-1050℃条件下30-60min，然后随炉降温至1030-1040℃，在此温度下热处理30-180min。
所述闭式镦粗，其镦粗比为2。
所述马架扩孔平端面，变形量为10-15％。
所述多次火预轧，在此步骤前，采用保温石棉包裹锻件。
所述多次火预轧，每次火变形量为10-15％，次数为3-5火。
所述终轧，在此步骤前，采用保温石棉包裹锻件。
所述终轧，变形量为10-15％。
所述胀形，变形量为10-20mm。
一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法，具体包括如下步骤：
1)下料：以Waspaloy合金为原料进行下料；
2)闭式镦粗、冲孔：将坯料加热至1050-1080℃进行闭式镦粗，对镦粗后的原料进行冲孔，使其中心被打通；
3)马架扩孔平端面：在1030-1050℃体系进行锻造并控制锻造变形量为10％-15％，对锻件内外径进行校形，使得锻件能够达到轧机要求的最小尺寸；
4)多次火预轧：轧制前采用保温石棉包裹锻件，在1030-1050℃条件下进行轧制并控制每火次轧制变形量为10％-15％，轧制后进行喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤；
5)均匀化加热：按照图1的加热曲线进行均匀化加热，消除前期轧制造成的不均匀组织；
6)终轧：轧制前采用保温石棉包裹锻件，在1030-1050℃条件下进行轧制并控制轧制变形量为10-15％，轧制后进行喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤
7)胀形：在1025-1035℃条件下进行加热并控制变形量为10-20mm，完成后经喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤。
所述Waspaloy薄壁环锻件，其尺寸为：内径Φ400-Φ600mm，高度80-200mm，壁厚20-25mm。
有益效果：
采用本发明的方法实现了运用Waspaloy合金生产航空发动机高压涡轮封严环，使得Waspaloy薄壁环具有较好的力学性能、抗疲劳性能和抗蠕变性能，克服了Waspaloy薄壁环的裂纹缺陷。
1、采用闭式镦粗冲孔消除鼓肚和圆角，减少裂纹产生，提高坯料一致性；而一般条件下进行镦粗、冲孔时会出现鼓肚，且端面会有大的圆角，影响后续的马架扩孔和轧制的坯料质量，加上材料易开裂的特性，进而会产生裂纹。
2、通过多火次轧制、缩小变形量、包裹保温石棉后轧制，减少了裂纹产生；
3、终轧前采用均匀化加热，消除前期轧制造成的不均匀组织，得到均匀的组织，减少机加变形；
4、预留10～20mm的变形进行胀形，使得锻件尺寸一致，尺寸满足要求。
附图说明
图1：本发明均匀化加热的加热曲线；
图2：终轧前均匀化加热的晶粒度照片；
图3：终轧前未均匀化加热的晶粒度照片；
图4：轧制变形在每火次20％以上的晶粒度照片。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法，具体包括如下步骤：
1)下料：以Waspaloy合金为原料进行下料；
2)闭式镦粗、冲孔：将坯料加热至1050℃进行闭式镦粗，其镦粗比为2，对镦粗后的原料进行冲孔，使其中心被打通；
3)马架扩孔平端面：在1030℃体系进行锻造并控制锻造变形量为10％-15％，对锻件内外径进行校形，使得锻件能够达到轧机要求的最小尺寸；
4)多次火预轧：轧制前采用保温石棉包裹锻件，在1030℃条件下进行轧制并控制每火次轧制变形量为10％，轧制3-5火，每次轧制完成后进行喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤；
5)均匀化加热：按照图1的加热曲线进行均匀化加热，消除前期轧制造成的不均匀组织；
6)终轧：轧制前采用保温石棉包裹锻件，在1030℃条件下进行轧制并控制轧制变形量为10％，轧制后进行喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤；
7)胀形：在1025℃条件下进行加热并控制变形量为10mm，完成后经喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤；
所述Waspaloy薄壁环锻件，其尺寸为：内径Φ400mm，高度80mm，壁厚20mm。
实施例2
一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法，具体包括如下步骤：
1)下料：以Waspaloy合金为原料进行下料；
2)闭式镦粗、冲孔：将坯料加热至1080℃进行闭式镦粗，其镦粗比为2，对镦粗后的原料进行冲孔，使其中心被打通；
3)马架扩孔平端面：在1050℃体系进行锻造并控制锻造变形量为15％，对锻件内外径进行校形，使得锻件能够达到轧机要求的最小尺寸；
4)多次火预轧：轧制前采用保温石棉包裹锻件，在1050℃条件下进行轧制并控制每火次轧制变形量为15％，轧制3-5火，每次轧制完成后进行喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤；
5)均匀化加热：按照图1的加热曲线进行均匀化加热，消除前期轧制造成的不均匀组织；
6)终轧：轧制前采用保温石棉包裹锻件，在1050℃条件下进行轧制并控制轧制变形量为15％，轧制后进行喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤；
7)胀形：在1035℃条件下进行加热并控制变形量为20mm，完成后经喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤；
所述Waspaloy薄壁环锻件，其尺寸为：内径Φ600mm，高度200mm，壁厚25mm。
实施例3
一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法，具体包括如下步骤：
1)下料：以Waspaloy合金为原料进行下料；
2)闭式镦粗、冲孔：将坯料加热至1060℃进行闭式镦粗，其镦粗比为2，对镦粗后的原料进行冲孔，使其中心被打通；
3)马架扩孔平端面：在1040℃体系进行锻造并控制锻造变形量为12％，对锻件内外径进行校形，使得锻件能够达到轧机要求的最小尺寸；
4)多次火预轧：轧制前采用保温石棉包裹锻件，在1040℃条件下进行轧制并控制每火次轧制变形量为12％，轧制3-5火，每次轧制完成后进行喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤；
5)均匀化加热：按照图1的加热曲线进行均匀化加热，消除前期轧制造成的不均匀组织；
6)终轧：轧制前采用保温石棉包裹锻件，在1040℃条件下进行轧制并控制轧制变形量为12％，轧制后进行喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤；
7)胀形：在1030℃条件下进行加热并控制变形量为15mm，完成后经喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤；
所述Waspaloy薄壁环锻件，其尺寸为：内径Φ500mm，高度100mm，壁厚20mm。
实施例4
一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法，具体包括如下步骤：
1)下料：以Waspaloy合金为原料进行下料；
2)闭式镦粗、冲孔：将坯料加热至1070℃进行闭式镦粗，其镦粗比为2，对镦粗后的原料进行冲孔，使其中心被打通；
3)马架扩孔平端面：在1030℃体系进行锻造并控制锻造变形量为13％，对锻件内外径进行校形，使得锻件能够达到轧机要求的最小尺寸；
4)多次火预轧：轧制前采用保温石棉包裹锻件，在1030℃条件下进行轧制并控制每火次轧制变形量为13％，轧制3-5火，每次轧制完成后进行喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤；
5)均匀化加热：按照图1的加热曲线进行均匀化加热，消除前期轧制造成的不均匀组织；
6)终轧：轧制前采用保温石棉包裹锻件，在1045℃条件下进行轧制并控制轧制变形量为15％，轧制后进行喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤；
7)胀形：在1025℃条件下进行加热并控制变形量为15mm，完成后经喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤；
所述Waspaloy薄壁环锻件，其尺寸为：内径Φ450mm，高度150mm，壁厚25mm。
实施例5
一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法，具体包括如下步骤：
1)下料：以Waspaloy合金为原料进行下料；
2)闭式镦粗、冲孔：将坯料加热至1065℃进行闭式镦粗，其镦粗比为2，对镦粗后的原料进行冲孔，使其中心被打通；
3)马架扩孔平端面：在1035℃体系进行锻造并控制锻造变形量为15％，对锻件内外径进行校形，使得锻件能够达到轧机要求的最小尺寸；
4)多次火预轧：轧制前采用保温石棉包裹锻件，在1035℃条件下进行轧制并控制每火次轧制变形量为15％，轧制3-5火，每次轧制完成后进行喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤；
5)均匀化加热：按照图1的加热曲线进行均匀化加热，消除前期轧制造成的不均匀组织；
6)终轧：轧制前采用保温石棉包裹锻件，在1035℃条件下进行轧制并控制轧制变形量为15％，轧制后进行喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤；
7)胀形：在1035℃条件下进行加热并控制变形量为10mm，完成后经喷丸、着色检查，确保裂纹等缺陷排除完全后转下步骤；
所述Waspaloy薄壁环锻件，其尺寸为：内径Φ550mm，高度120mm，壁厚22mm。
试验例
(1)终轧前均匀化加热测试结果如下：
Figure BDA0002775485730000091
晶粒度照片如下，为等轴均匀组织，产品综合力学性能较好，硬度适中，有利于机加，不易产生零件机加变形。
(2)终轧前未均匀化加热的测试结果：
Figure BDA0002775485730000092
Figure BDA0002775485730000101
晶粒度照片如下，组织不均匀，力学强度较高，硬度高，持久时间短，该状态不利于锻件的后续机加，易造成零件变形。
(3)轧制变形在每火次20％以上的测试结果：
Figure BDA0002775485730000102
晶粒度照片如下，组织为条带混晶，不均匀，力学强度较高，硬度高，持久时间短，该状态不利于锻件的后续机加，易造成零件变形。
总结：当终轧前采用均匀化加热后，能有效的使前面轧制累积的组织均匀化，使细晶变成等轴组织，且通过控制每火次的变形量，变形量大时，组织在超过临界变形后造成不均匀长大，最终得到混晶组织，该组织的锻件综合性能差，机加时易变形；变形量小也不行，变形量小，锻件几乎没有变形，相当于空烧，无法通过变形使晶粒细化，因此需控制每火次的变形量；在一定条件下，多火次成形能有效避免锻件锻造开裂，锻件质量好，且组织均匀，是该材料成形的优选方案。

Claims (8)

1.一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法，其特征在于，包括下料、闭式镦粗、冲孔、马架扩孔平端面、多次火预轧、均匀化加热、终轧、胀形步骤；所述闭式镦粗，其加热温度为1050-1080℃；所述马架扩孔平端面、预轧和终轧，其加热温度为1030-1050℃；所述胀形，其加热温度为1025-1035℃；
所述均匀化加热采用到温装炉的方式，在装炉后先保持加热温度为1040-1050℃条件下30-60min，然后随炉降温至1030-1040℃，在此温度下热处理30-180min；
所述多次火预轧，每次火变形量为10-15％，次数为3-5火。
2.如权利要求1所述一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法，其特征在于，所述闭式镦粗，其镦粗比为2。
3.如权利要求1所述一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法，其特征在于，所述马架扩孔平端面，变形量为10-15％。
4.如权利要求1所述一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法，其特征在于，所述多次火预轧，在此步骤前，采用保温石棉包裹锻件。
5.如权利要求1所述一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法，其特征在于，所述终轧，在此步骤前，采用保温石棉包裹锻件。
6.如权利要求1所述一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法，其特征在于，所述终轧，变形量为10-15％。
7.如权利要求1所述一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法，其特征在于，所述胀形，变形量为10-20mm。
8.如权利要求1-7任一项所述一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法，其特征在于，一种Waspaloy薄壁环锻件成形方法，具体包括如下步骤：
1)下料：以Waspaloy合金为原料进行下料；
2)闭式镦粗、冲孔：将坯料加热至1050-1080℃进行闭式镦粗，对镦粗后的原料进行冲孔，使其中心被打通；
3)马架扩孔平端面：在1030-1050℃体系进行锻造并控制锻造变形量为10％-15％，对锻件内外径进行校形，使得锻件能够达到轧机要求的最小尺寸；
4)多次火预轧：轧制前采用保温石棉包裹锻件，在1030-1050℃条件下进行轧制并控制每火次轧制变形量为10％-15％，轧制后进行喷丸、着色检查，确保裂纹缺陷排除完全后转下步骤；
5)均匀化加热：按照加热曲线进行均匀化加热，消除前期轧制造成的不均匀组织；所述均匀化加热采用到温装炉的方式，在装炉后先保持加热温度为1040-1050℃条件下30-60min，然后随炉降温至1030-1040℃，在此温度下热处理30-180min；
6)终轧：轧制前采用保温石棉包裹锻件，在1030-1050℃条件下进行轧制并控制轧制变形量为10-15％，轧制后进行喷丸、着色检查，确保裂纹缺陷排除完全后转下步骤；
7)胀形：在1025-1035℃条件下进行加热并控制变形量为10-20mm，完成后经喷丸、着色检查，确保裂纹缺陷排除完全后转下步骤。
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