CN113151760A - 一种保证gh738托板自锁螺母晶粒度的余温热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航发动机零件热处理技术领域，尤其涉及一种保证GH738托板自锁螺母晶粒度的余温热处理方法，将螺母坯件热镦成形后，余温回炉加热处理；然后机加工，收口后进行稳定化处理和时效处理。本发明在高于材料相变温度进行热镦，在变形过程中材料组织结构发生改变，然后在适当的余温热处理，获得所期望组织及形变组织；解决了现有GH738托板自锁螺母产品在热镦成形后采用常规的热处理工艺出现的晶粒度不合格、锁紧性能离散度大、不能满足产品性能要求的技术问题。

Description

一种保证GH738托板自锁螺母晶粒度的余温热处理方法

技术领域

本发明属于航发动机零件热处理技术领域，尤其涉及一种保证GH738托板自锁螺母晶粒度的余温热处理方法。

背景技术

GH738是一种γ'相沉淀硬化的镍基高温合金，熔点为1330～1360℃，具有良好的耐热腐蚀能力，较高的屈服强度和疲劳性能，工艺塑性好，组织稳定。在国内该合金已在航空领域的应用越来越广泛，适合制造在815℃以下长期工作的航空发动机转动部件，如涡轮盘、压气机盘、转子叶片和高温紧固件等。常用使用温度≤730℃，用GH738制造的航空发动机托板自锁螺母类产品，主要起连接和紧固各相关零部件作用。

GH738托板自锁螺母是航空发动机广泛应用的紧固零件，产品示意图如图1所示，其技术要求需满足：1)硬度34～44HRC；2)晶粒度2～6级，不允许有粗细晶粒带存在；3)常温锁紧性试验；4)高温锁紧试验；5)扩口试验。热处理工艺是影响GH738托板自锁螺母的主要因素之一。

目前，在航空用托板自锁螺母类产品的长期生产中，选用固溶态坯料经热镦成型+常规热处理(即稳定化+时效)工艺。紧固件按照常规热处理后时晶粒度不均匀，有粗细晶粒存在，锁紧性能离散度大，不满足技术要求而报废；这是因为重新加热至再结晶温度以上退火处理工艺，升温过程需要较长时间，此段时间会发生较大程度回复，当得到均匀晶粒度时，形变强化效果损失较大导致的。针对这一问题，本申请人前期也对GH738自锁螺母的热处理工艺进行了相关研究。

申请号为CN 201811507159.7的专利公开了一种提高GH738自锁螺母锁紧性能的热处理方法，包括以下步骤：(1)高温短时退火：将镦制后(已冷却至室温)的自锁螺母坯件在炉温为850±10℃时入炉，快速升温至退火加热温度进行退火处理，退火加热温度为1080±10℃，保温5～7min，保温结束后油冷；(2)稳定化处理：将坯件放入炉中，在840±10℃的温度下保温4小时；(3)时效处理：将坯件放入炉中，在760±10℃的温度下保温16小时。该专利技术为本申请人前期的研究，在常规热处理工艺上进行高温短时退火处理，对高GH738自锁螺母的晶粒度具有一定的细化作用。但是高温短时退火在加热处理过程中会造成晶粒长大，会影响晶粒的细化。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明研究者通过对GH738托板自锁螺母镦粗成形后的余温进行控制，提供了一种保证GH738托板自锁螺母晶粒度的余温热处理方法，在保证晶粒度合格的前提下，大幅度减少了GH738托板自锁螺母类产品的锁紧性能离散度，从而保证了GH738托板自锁螺母类产品技术要求、使用安全性；具体是通过以下技术方案实现的。

一种保证GH738托板自锁螺母晶粒度的余温热处理方法，将螺母坯件热镦成形后，余温退火；然后机加工，收口后进行稳定化处理和时效处理。

优选地，所述余温退火为：利用热镦成形的余温，快速放入加热炉中在1070℃的温度下保温5～7min，出炉空冷或快速冷却至室温。

优选地，所述热镦成形的余温控制在600℃以上。

优选地，所述热镦成形为：坯料始锻温度控制在1020～1150℃，采用感应加热器进行加热，加热器设置参数为180-200A，加热时间10-11秒,整体加热，加热后快速入模完成热镦成形。

优选地，所述余温退火处理过程中，加热炉采用网带炉，炉温均匀性±10℃，控温精度±1℃。

优选地，所述稳定化处理为：室温入炉，加热温度845℃，升温70min，保温240min，空冷或气冷。

优选地，所述时效处理为：室温入炉，加热温度760℃，升温60min，保温960min，空冷或快速冷却。

优选地，所述稳定化处理采用真空气淬炉，炉温均匀性±10℃，控温精度±5℃，加热保温期间真空度控制在0.13～13Pa。

优选地，所述时效处理采用单室真空回火炉，炉温均匀性±10℃，控温精度±5℃，加热保温期间真空度控制在0.13～1.3Pa。

本发明的另一目的在于提供一种保证GH738托板自锁螺母晶粒度的余温热处理方法在高温合金产品热镦成形后控制晶粒度中的应用。

本发明有益效果在于：

热镦成型加工是一种形变强化过程，高温合金形变强化工艺是将形变强化和相变理强化有机结合，通过余温热处理，使相变过程保留或部分保留变形后的组织，同时获得所需的晶粒度，时效后可显著提高高温合金的强度和塑性，实现强韧化的一种工艺。

本发明通过控制GH738托板自锁螺母晶粒度镦粗成形后的余温，使热镦后零件仍处于非常高的温度，快速将零件转移至退火温度保温合适时间，可以通过再结晶达到调整晶粒度的目的。同时减少了变形组织在332℃～440℃至退火温度区间的回复，从而最大限度保留了形变强化效果，可以满足组织和机械性能上的要求。

本发明在高于材料相变温度进行热镦，在变形过程中材料组织结构发生改变，然后在适当的余温热处理，获得所期望组织及形变组织；解决了现有GH738托板自锁螺母产品在热镦成形后采用常规的热处理工艺出现的晶粒度不合格、锁紧性能离散度大、不能满足产品性能要求的技术问题。本发明的GH738托板自锁螺母产品热处理工艺技术还可推广应用于其他镦后成形后需保证晶粒度要求的高温合金产品。

附图说明

图1为GH738托板自锁螺母产品的示意图。

图2为热镦成形后的GH738托板自锁螺母产品各部分的微观组织图。

图3为本发明热处理方法中余温退火处理后产品各部分的微观组织图。

图4为本发明热处理方法(热镦+余温退火+稳定化+时)、常规热处理方法(热镦+稳定化+时效)、高温短时退火热处理方法(高温短时退火+稳定化+时效)处理后的GH738托板自锁螺母产品的室温锁紧衰减情况。

图5为本发明热处理方法(热镦+余温退火+稳定化+时)、常规热处理方法(热镦+稳定化+时效)、高温短时退火热处理方法(高温短时退火+稳定化+时效)处理后的GH738托板自锁螺母产品的高温锁紧衰减情况。

具体实施方式

下面结合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

一种保证GH738托板自锁螺母晶粒度的余温热处理方法，具体包括以下过程：

(1)热镦成形：坯料始锻温度控制在1020～1150℃，采用感应加热器进行加热，加热器设置参数为180-200A，加热时间10-11秒，整体加热，加热后快速入模完成热镦成形。

(2)余温退火处理：热镦成形后，利用热镦成形的余温(余温在600℃以上)，快速放入加热炉中在1070℃的温度下保温5～7min，出炉空冷或快速冷却至室温；加热处理过程中，加热炉采用网带炉，炉温均匀性±10℃，控温精度±1℃；

(3)机加工：机加工螺纹，收口；

(4)稳定化处理：加热温度845℃；室温入炉，升温70min，保温240min，空冷或气冷；稳定化处理采用真空气淬炉，炉温均匀性±10℃，控温精度±5℃，加热保温期间真空度控制在0.13～13Pa范围内，入炉前对零件进行清洗并烘干；

(5)时效处理：室温入炉，加热温度760℃，升温60min，保温960min，空冷或快速冷却；时效采用单室真空回火炉，炉温均匀性±10℃，控温精度±5℃，加热保温期间真空度控制在0.13～1.3Pa范围内。

对比例1

常规热处理方法：

(1)热镦：坯料始锻温度控制在1020～1150℃，采用感应加热器进行加热，加热器设置参数为180-200A，加热时间10-11秒，需整体加热，加热后快速入模完成热镦成形，冷却至室温；

(2)稳定化:将坯件放入炉中，在840℃的温度下保温4小时；

(3)时效:将坯件放入炉中，在760℃的温度下保温16小时。

对比例2

申请号为申请号为CN 201811507159.7的专利公开了一种提高GH738自锁螺母锁紧性能的热处理方法：

(1)高温短时退火：将镦制后的自锁螺母坯件(已冷却至室温)在炉温为850℃时入炉，快速升温至退火加热温度进行退火处理，退火加热温度为1080℃，保温6min，保温结束后油冷；所述退火热处理采用真空油淬炉，炉温均匀性为±10℃，控温精度为±1℃；

(2)稳定化处理：将坯件放入炉中，在840℃的温度下保温4小时；

(3)时效处理：将坯件放入炉中，在760℃的温度下保温16小时

实验研究：

1、显微组织研究：

GH738托板自锁螺母产品是采用热镦成形，由于本身尺寸较小，在受到挤压时各部分变形量不相同，造成各部分晶粒度不同，如图2所示，GH738托板螺母热镦成型后A和C处晶粒度为7-7.5级，而托板处晶粒度超过8级。经余温退火处理后，组织如图3所示，各部分组织均匀，晶粒度为5.5～6级，符合零件技术要求。

取实施例1和对比例1、对比例2热处理后的GH738托板自锁螺，检测其晶粒度，检测结果为：对比例1的晶粒度为1～5级，晶粒度不均匀；对比例2的晶粒度为3～6级；实施例1的晶粒度为5.5～6级；

2、硬度研究：取实施例1和对比例1、对比例2热处理后的GH738托板自锁螺进行硬度试验，硬度值如表1所示。均满足零件技术要求。

表1不同热处理工艺托板螺母的硬度

2、扩口实验：

取实施例1和对比例1、对比例2热处理后的GH738托板自锁螺进行扩口试验，按照技术要求扩到外径的1.15倍时；对比例1(常规热处理方法)热处理后的的GH738托板自锁螺母不时有扩口处开裂的现象；对比例2热处理后的的GH738托板自锁螺母扩口处均无开裂；实施例1(本发明热处理方法)热处理后的的GH738托板自锁螺母扩口处均无开裂。

3、锁紧性能：取实施例1和对比例1、对比例2处理后的GH738托板自锁螺进行室温锁紧和高温锁紧性能试验。室温锁紧性能试验结果如表2所示，其拧入力矩和拧出力矩的衰减情况如图4所示；高温锁紧性能试验结果如表3所示，其拧入力矩和拧出力矩的衰减情况如图5所示。对比例1(常规热处理方法)、对比例2(高温短时退火)、实施例1(本发明热处理方法)热处理后的GH738托板自锁螺母室温锁紧性能以及高温锁紧性能均符合零件技术要求。但是对比例1(常规热处理方法)热处理后的GH738托板自锁螺母常温、高温锁紧性能数据离散度大；对比例2(高温短时退火)热处理后的GH738托板自锁螺母常温、高温锁紧性能数据离散度比对比例1小，比实施例1要大。

而实施例1热处理后的GH738托板自锁螺母的常温、高温锁紧性能数据相差不大，其拧入力矩和拧出力矩的衰减离散度小，托板螺母的拧出力矩较前者拧出力矩高，防松效果更好。

表2不同处理方式的室温锁紧性能

产品	第一次拧入	第一次拧出	第十五拧出
				技术要求(N·m)	≤6.000	≥1.300	≥0.650
对比例1	3.199	2.304	2.049
				对比例1	3.462	2.482	2.122
对比例1	3.495	2.363	2.079
				对比例2	3.212	2.315	2.025
对比例2	3.225	2.258	1.192
				对比例2	3.198	2.188	1.186
实施例1	3.242	2.389	2.102
				实施例1	3.227	2.177	1.195
实施例1	3.225	2.351	1.766
				实施例1	3.385	2.271	1.902

表2不同处理方式的高温(730℃)锁紧性能

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 (10)

1.一种保证GH738托板自锁螺母晶粒度的余温热处理方法，其特征在于，将螺母坯件热镦成形后，余温退火；然后机加工，收口后进行稳定化处理和时效处理。

2.如权利要求1所述的保证GH738托板自锁螺母晶粒度的余温热处理方法，其特征在于，所述余温退火为：利用热镦成形的余温，快速放入加热炉中在1070℃的温度下保温5～7min，出炉空冷或快速冷却至室温。

3.如权利要求2所述的保证GH738托板自锁螺母晶粒度的余温热处理方法，其特征在于，所述热镦成形的余温控制在600℃以上。

4.如权利要求1所述的保证GH7387托板自锁螺母的余温热处理方法，其特征在于，所述热镦成形为：坯料始锻温度控制在1020～1150℃，采用感应加热器进行加热，加热器设置参数为180-200A，加热时间10-11秒，整体加热，加热后快速入模完成热镦成形。

5.如权利要求2所述的保证GH738托板自锁螺母晶粒度的余温热处理方法，其特征在于，所述回炉加热处理过程中，加热炉采用网带炉，炉温均匀性±10℃，控温精度±1℃。

6.如权利要求1所述的保证GH738托板自锁螺母晶粒度的余温热处理方法，其特征在于，所述稳定化处理为：室温入炉，加热温度845℃，升温70min，保温240min，空冷或气冷。

7.如权利要求1所述的保证GH738托板自锁螺母晶粒度的余温热处理方法，其特征在于，所述时效处理为：室温入炉，加热温度760℃，升温60min，保温960min，空冷或快速冷却。

8.如权利要求6所述的保证GH738托板自锁螺母晶粒度的余温热处理方法，其特征在于，所述稳定化处理采用真空气淬炉，炉温均匀性±10℃，控温精度±5℃，加热保温期间真空度控制在0.13～13Pa。

9.如权利要求1所述的保证GH738托板自锁螺母晶粒度的余温热处理方法，其特征在于，所述时效处理采用单室真空回火炉，炉温均匀性±10℃，控温精度±5℃，加热保温期间真空度控制在0.13～1.3Pa。

10.一种如权利要求1-9任意一项所述的保证GH738托板自锁螺母晶粒度的余温热处理方法在高温合金成品热镦成形后控制晶粒度中的应用。

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