CN113118354B

CN113118354B - 一种gh4049合金棒材的锻造方法

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Publication number: CN113118354B
Application number: CN202110433517.XA
Authority: CN
Inventors: 张欢欢; 栾吉哲; 李爱民; 田水仙; 管庆阳
Original assignee: Avic Shangda Superalloy Materials Co ltd
Current assignee: Avic Shangda Superalloy Materials Co ltd
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2021-04-19
Publication date: 2023-03-17
Anticipated expiration: 2041-04-19
Also published as: CN113118354A

Abstract

本发明涉及合金锻造技术领域，具体公开一种GH4049合金棒材的锻造方法。所述GH4049合金棒材的锻造方法包括以下工艺步骤：a、将GH4049钢锭包套后进行均匀化热处理，得到坯料；b、将坯料在温度为1170‑1180℃下进行5火次包套锻造，得到GH4049合金棒材；其中第一火次的变形量控制在11‑12％，第二火次至第五火次的变形量均控制在29‑37％，第一火次和所述第五火次的单锤压下量均为15‑20mm，第二火次至所述第四火次的单锤压下量均为20‑30mm。本发明提供的GH4049合金棒材的锻造方法实现了大规格GH4049合金棒材的短周期常温锻造，且成材率高，可有效保证棒材的内部质量。

Description

一种GH4049合金棒材的锻造方法

技术领域

本发明涉及合金锻造技术领域，尤其涉及一种GH4049合金棒材的锻造方法。

背景技术

GH4049合金是一种复杂合金化的Ni-Cr-Co基难变形高温合金，是国内热加工难度最大高温合金。用该合金加工的主要产品有航空发动机的涡轮叶片和高温承力件。GH4049合金中加入了6.0％左右的Al和Ti合金进行沉淀强化，生成40％的γ＇相，另外还加入了W、Mo、Co和Cr等合金元素进行固溶强化。由于合金比高、强化相多，导致GH4049合金变形抗力大，在980℃时，屈服强度仍然超过500Mpa，热加工塑性极差，1050℃以下，塑性变形指标≤5％，不具备可锻性，尤其对于常温锻造来说，该合金的锻造工艺操作难度极大。

目前GH4049合金棒材的多采用铸锭直接轧制成材，但采用铸锭直接轧制成材的轧制火次较多，通常在15-16火，变形量小，每火8-10％变形，棒材表面裂纹较多，成品棒材表面裂纹较多，磨削量较大。而对于GH4049合金棒材国内目前没有成熟的锻造工艺，尤其是对于规格大于φ100mm的GH4049合金棒材，进行常温锻造的操作难度较大，其表面经常出现裂纹，需要冷却到室温后将裂纹用砂轮机修磨干净后重新装炉加热生产，造成生产的棒材表面质量差、生产周期长。且GH4049合金棒材锻造过程中每火次变形量小，锻造火次多，加热时间长，成材率仅为20％-30％。

发明内容

针对现有GH4049合金棒材的锻造方法存在的上述问题，本发明提供一种GH4049合金棒材的锻造方法，该锻造方法可实现对大规格GH4049合金棒材的常温锻造，且具有锻造火次少、能耗低、合金表面裂纹少以及成材率高的优势。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种GH4049合金棒材的锻造方法，包括以下工艺步骤：

a、将GH4049钢锭包套后在1180-1200℃下进行均匀化热处理，得到坯料；

b、将所述坯料在温度为1170-1180℃下进行5火次包套锻造，得到所述GH4049合金棒材；其中第一火次的变形量控制在11-12％，第二火次、第三火次、第四火次和第五火次的变形量均控制在29-37％，所述第一火次和所述第五火次的单锤压下量均为15-20mm，所述第二火次、所述第三火次和所述第四火次的单锤压下量均为20-30mm。

相对于现有技术，本发明提供的GH4049合金棒材的锻造方法中，GH4049钢锭包套后，再在1180-1200℃下进行均匀化热处理一定时间，可有效减少GH4049合金钢锭的偏析，保证后续锻造的顺利进行。同时，在坯料包套及特定的加热温度下，通过设置上述特定的单锤压下量和每火次的变形量，可以有效避免常温锻造过程中合金表面出现裂纹，在保证合金性能的情况下，可显著减少锻造火次，使锻造的火次由传统的15-16次降至5次，减少GH4049合金棒材的锻造周期。且本发明提供的GH4049合金棒材的锻造方法操作简单，均匀化热处理完成后经过5火次锻造即可完成GH4049合金棒材的锻造工艺，不涉及其它工序，实现了大规格GH4049合金棒材的短周期常温锻造，有效保证GH4049合金棒材的内部质量和晶粒度，且成材率可达到75％以上。

优选的，步骤a中，所述GH4049钢锭的化学元素组成，按质量百分比包括：C：0.04％-0.1％，Cr：9.5％-11％，W：5％-6％，Mo：4.5％-5.5％，V：0.2％-0.5％，Al：3.7％-4.4％，Ti：1.4％-1.9％，Co：14％-16％，B≤0.025％，Mn≤0.5％，Si≤0.5％，S≤0.01％，P≤0.01％，Fe≤1.5％，Cu≤0.07％，Ce≤0.02％，Pb≤0.001％，Bi≤0.0001％，Sn≤0.0012％，Sb≤0.0025％，As≤0.0025％和余量的Ni。

优选的，步骤a中，所述均匀化热处理的时间≥30h。

采用1180-1200℃温度下保温大于30h的高温均匀化退火处理，不仅可以消除钢锭偏析，还通过扩散使钢锭进一步均匀化，为后续锻造创造较佳的条件。

优选的，所述均匀化热处理的时间为30-40h。

优选的，步骤a中，所述包套的过程是用保温棉将所述GH4049钢锭进行包裹。

用保温棉将所述GH4049钢锭包裹的情况下进行上述锻造过程，可起到一定的保温作用，延缓合金的温降速度，提高合金表面的性能和质量。

优选的，所述保温棉为厚度为5-15mm硅酸铝纤维毡。

优选的，所述保温棉通过高温粘接剂固定包裹在所述GH4049钢锭表面。

优选的，所述高温粘结剂为玻璃型粘结剂，所述玻璃型粘接剂的化学组成按质量百分比包括：SiO₂：60-70％，Al₂O₃：13-17％，CaO：8-12％，Na₂O：4-6％，B₂O₃：3-5％和余量的不可避免的杂质。所述玻璃型粘接剂为粒度为20-150目的颗粒型粘接剂。

GH4049合金钢锭加热后，玻璃粘接剂熔化，可使保温棉紧密的包裹在合金表面，并使坯料锻造过程中使保温棉保持不脱落，在锻造结束后，随着合金的冷却，玻璃粘接剂会随着保温棉自然脱落，不会影响合金表面的性能。

优选的，所述包套锻造过程中，开锻尺寸为φ360mm，终锻尺寸为φ160mm。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种GH4049合金棒材的锻造方法，其中，GH4049钢锭的化学元素组成，按质量百分比包括：C：0.07％，Cr：10.2％，W：5.4％，Mo：5.1％，V：0.34％，Al：4.0％，Ti：1.7％，Co：15.2％，B：0.022％，Mn：0.45％，Si：0.41％，S：0.007％，P：0.008％，Fe：1.23％，Cu：0.06％，Ce：0.01％，Pb：0.001％，Bi：0.0001％，Sn：0.0010％，Sb：0.0024％，As：0.0025％和余量的Ni，具体工艺步骤如下：

a、将合适大小的厚度为10mm的硅酸铝纤维毡(主要化学成分及质量配比为Al₂O₃：SiO₂＝1：1)表面涂覆上玻璃型粘接剂后，对φ360mm的GH4049钢锭进行包裹，通过玻璃型粘接剂将硅酸铝纤维毡固定粘接在GH4049钢锭表面，即完成对GH4049钢锭的包套，再将包套后的钢锭于1190℃下保温35h，完成对GH4049钢锭的均匀化热处理，得到坯料；其中，所述玻璃型粘接剂的化学组成按质量百分比包括：SiO₂：65％，Al₂O₃：15％，CaO：10％，Na₂O：5％，B₂O₃：4％和余量的不可避免的杂质。

b、保持硅酸铝纤维毡包裹在所述坯料表面的情况下对坯料进行5火次包套锻造，得到终锻尺寸为φ160mm的GH4049合金棒材，所述5火次包套锻造的工艺如表1所示：

表1、GH4049锻造变形工艺

注：所述变形量的计算方法为：

①圆到方变形量为：1-4d²/π*φ²。(φ为圆的直径，d为方的边长)

②方到方变形量：1-d²/D²。(D锻前方的边长，d为锻后方的边长)

③方到圆变形量：1-π*φ²/4d²。(φ为圆的直径，d为方的边长)。

在上述锻造过程合金表面不会出现裂纹，其成材率达到80％，同时检测得到的GH4049合金棒材的晶粒度在3.0-4.0级。

实施例2

一种GH4049合金棒材的锻造方法，其中，GH4049钢锭的化学元素组成，按质量百分比包括：C：0.04％，Cr：9.5％，W：5％，Mo：4.5％，V：0.2％，Al：3.7％，Ti：1.4％，Co：14％，B：0.010％，Mn：0.35％，Si：0.41％，S：0.005％，P：0.009％，Fe：1.33％，Cu：0.07％，Ce：0.02％，Pb：0.0005％，Bi：0.0001％，Sn：0.0008％，Sb：0.0021％，As：0.0019％和余量的Ni，工艺步骤如下：

a、将合适大小的厚度为5mm的硅酸铝纤维毡(主要化学成分及质量配比为Al₂O₃：SiO₂＝1：1)表面涂覆上玻璃型粘接剂后，对φ360mm的GH4049钢锭进行包裹，通过玻璃型粘接剂将硅酸铝纤维毡固定粘接在GH4049钢锭表面，即完成对GH4049钢锭的包套，再将包套后的钢锭于1180℃下保温40h，完成对GH4049钢锭的均匀化热处理，得到坯料；其中，所述玻璃型粘接剂的化学组成按质量百分比包括：SiO₂：60％，Al₂O₃：17％，CaO：12％，Na₂O：6％，B₂O₃：3％和余量的不可避免的杂质。

b、保持硅酸铝纤维毡包裹在所述坯料表面的情况下对坯料进行5火次包套锻造，得到终锻尺寸为φ160mm的GH4049合金棒材，所述5火次包套锻造的工艺如表2所示：

表2、GH4049锻造变形工艺

在上述锻造过程合金表面不会出现裂纹，其成材率达到78％，同时检测得到的GH4049合金棒材的晶粒度在3.0-4.0级。

实施例3

一种GH4049合金棒材的锻造方法，其中，GH4049钢锭的化学元素组成，按质量百分比包括：C：0.1％，Cr：11％，W：6％，Mo：5.5％，V：0.5％，Al：4.4％，Ti：1.9％，Co：16％，B：0.021％，Mn：0.5％，Si：0.48％，S：0.01％，P：0.01％，Fe：1.5％，Cu：0.06％，Ce：0.02％，Pb：0.0008％，Bi：0.00009％，Sn：0.0010％，Sb：0.0015％，As：0.0023％和余量的Ni，工艺步骤如下：

a、将合适大小的厚度为15mm的硅酸铝纤维毡(主要化学成分及质量配比为Al₂O₃：SiO₂＝1：1)表面涂覆上玻璃型粘接剂后，对φ360mm的GH4049钢锭进行包裹，通过玻璃型粘接剂将硅酸铝纤维毡固定粘接在GH4049钢锭表面，即完成对GH4049钢锭的包套，再将包套后的钢锭于1200℃下保温30h，完成对GH4049钢锭的均匀化热处理，得到坯料；其中，所述玻璃型粘接剂的化学组成按质量百分比包括：SiO₂：70％，Al₂O₃：13％，CaO：8％，Na₂O：4％，B₂O₃：4％和余量的不可避免的杂质。

b、保持硅酸铝纤维毡包裹在所述坯料表面的情况下对坯料进行5火次包套锻造，得到终锻尺寸为φ160mm的GH4049合金棒材，所述5火次包套锻造的工艺如表3所示：

表3、GH4049锻造变形工艺

在上述锻造过程合金表面不会出现裂纹，其成材率达到75％，同时检测得到的GH4049合金棒材的晶粒度在3.0-4.0级。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种GH4049合金棒材的锻造方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：

a、将GH4049钢锭包套后在1180-1200℃下进行均匀化热处理，得到坯料；其中，所述均匀化热处理的时间为30-40h；

2.如权利要求1所述的GH4049合金棒材的锻造方法，其特征在于：步骤a中，所述GH4049钢锭的化学元素组成，按质量百分比包括：C：0.04％-0.1％，Cr：9.5％-11％，W：5％-6％，Mo：4.5％-5.5％，V：0.2％-0.5％，Al：3.7％-4.4％，Ti：1.4％-1.9％，Co：14％-16％，B≤0.025％，Mn≤0.5％，Si≤0.5％，S≤0.01％，P≤0.01％，Fe≤1.5％，Cu≤0.07％，Ce≤0.02％，Pb≤0.001％，Bi≤0.0001％，Sn≤0.0012％，Sb≤0.0025％，As≤0.0025％和余量的Ni。

3.如权利要求1所述的GH4049合金棒材的锻造方法，其特征在于：步骤a中，所述包套的过程是用保温棉将所述GH4049钢锭进行包裹。

4.如权利要求3所述的GH4049合金棒材的锻造方法，其特征在于：所述保温棉为厚度为5-15mm硅酸铝纤维毡。

5.如权利要求3所述的GH4049合金棒材的锻造方法，其特征在于：所述保温棉通过高温粘接剂固定包裹在所述GH4049钢锭表面。

6.如权利要求5所述的GH4049合金棒材的锻造方法，其特征在于：所述高温粘结剂为玻璃型粘结剂，所述玻璃型粘接剂的化学组成按质量百分比包括：SiO₂：60-70％，Al₂O₃：13-17％，CaO：8-12％，Na₂O：4-6％，B₂O₃：3-5％和余量的不可避免的杂质。

7.如权利要求1所述的GH4049合金棒材的锻造方法，其特征在于：所述包套锻造过程中，开锻尺寸为φ360mm，终锻尺寸为φ160mm。