CN113182353A - 一种航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法,属于高温合金制造技术领域。采用纯净度高的纯金属原材料并进行三联冶炼,冶炼工艺选择真空冶炼+电渣重熔+真空自耗重熔;将冶炼获得的合金锭进行均匀化热处理,获得高品质的GH4169合金;对半成品进行研磨和抛光,以保证在不损坏产品表面的前提下有效去除表面附着的异物;采用二十辊精轧机、合理控制冷轧变形量,最终获得0.02~0.08mm成品箔材。使用本发明生产的GH4169成品箔材其固溶态断后延伸率达到36%~48%、时效态抗拉强度达到1250MPa~1450MPa、表面粗糙度0.05μm~0.10μm、成品厚度精度达到±0.003mm的高品质GH4169合金冷轧箔材。优点在于,制备的GH4169合金冷轧箔材质量优异,可实现工业批量化稳定化生产。
Description
技术领域
本发明属于高温合金制造技术领域,特别涉及一种航空发动机用 镍基高温合金冷轧箔材的制备方法。
背景技术
航空发动机是一类涉及学科领域极其广泛的高技术含量产品,其 发展水平通常代表了一个国家的工业水平。蜂窝密封结构是一种安装 在发动机内壁上围绕轴中心的环型槽中的关键部件,长期经受高温、 高压、高腐蚀性的燃气,同时承受连接部件的拉压作用,服役环境极 其恶劣,要求制备蜂窝密封结构的高温合金箔材具有较高的延伸率和 抗拉强度,同时也对箔材表面粗糙度和厚度精度提出了更高要求。
GH4169合金含有Al、Ti、Mo、Nb等多种合金化元素,具有较好 的力学性能,但其合金的内部产生复杂的析出相,导致组织的不均匀 性和力学性能、抗氧化性能的降低,在箔材成品和半成品表面产生具 有一定厚度、颜色灰暗、质地坚硬的化合物薄膜,生产加工难度极大。 国内外还没有此类高温合金箔材制备方法的相关信息报道。
公开专利文献CN201310225161.6中,介绍了一种0.1mm厚 Ti2AlNb基合金箔材的冷轧工艺,虽然此专利文献中同样介绍使用了 使用中间热处理退火和控制冷轧变形量的问题,但在产品化学成分、 使用用途,成品规格等方面和本发明有很大不同,并且没有涉及产品 尺寸公差和表面色差等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空发动机用镍基高温合金冷轧箔 材的制备方法。该镍基合金箔材主要用于制作航空发动机中的关键部 件—蜂窝密封材料。通过本发明制备的GH4169合金冷轧箔材质量优 异高品质GH4169合金冷轧箔材。可实现工业化生产。
本发明生产的GH4169成品箔材的性能为:固溶态断后延伸率达 到36%~48%、时效态抗拉强度达到1250MPa~1450MPa、表面粗糙度 0.05μm~0.10μm、成品厚度精度达到±0.003mm。具体制备工艺步 骤及控制的技术参数如下:
采用纯净度高的纯金属原材料并进行三联冶炼,冶炼工艺选择真 空冶炼+电渣重熔+真空自耗重熔;将冶炼获得的合金锭进行均匀化热 处理,获得高品质的GH4169合金;对半成品进行研磨和抛光,以保 证在不损坏产品表面的前提下有效去除表面附着的异物;采用二十辊 精轧机、合理控制冷轧变形量,最终获得0.02~0.08mm成品箔材。 使用本发明生产的GH4169成品箔材其固溶态断后延伸率达到36%~ 48%、时效态抗拉强度达到1250MPa~1450MPa、表面粗糙度0.05μm~ 0.10μm、成品厚度精度达到±0.003mm的高品质GH4169合金冷轧箔 材。
所述的纯净度高的纯金属原材料为,选择非金属夹杂物总量不大 于1.0级、氧氮硫三种元素含量总和不大于25ppm的高纯净度原材料, 原材料形式为块状纯金属。
所述的真空冶炼采用真空度<0.1Pa的真空熔炼炉进行合金化, 将合金化获得的钢锭进行电渣重熔+真空自耗重熔,从而获得三联冶 炼的GH4169合金钢锭,电渣重熔和真空自耗重熔需在氩气或氦气等 惰性气体的保护下进行。
进一步的:三联冶炼获得的钢锭进行均匀化热处理,加热温度为 1050℃~1180℃,保温40~60小时,消除合金凝固过程中出现的元 素偏析,为后续加工提供成分均匀的优质钢锭。
所述的对半成品冷带进行表面研磨和抛光处理,研磨粒度为500 目~2000目,抛光介质为微腐蚀性电解液,目的是消除初轧和软化 退火在冷带表面形成的异物。
所述的使用二十辊精轧机轧制合金箔材成品,最后一个轧程坯料 厚度为0.07~0.12mm,第一道轧制变形量控制为10%~25%,最后一 道轧制变形量控制为3%~15%,最终轧制成0.02~0.08mm厚GH4169 高温合金箔材。
本发明的优点在于:
GH4169高温合金箔材的生产难点在于合金成分复杂、易出现元 素偏析而导致性能不均匀等问题,同时高品质高温合金箔材对表面光 洁度和厚度精度要求非常高,而本发明创造性的将精选原材料+三联 冶炼+均匀化热处理+冷轧过程中研磨和抛光处理+精确控制轧制变形 量等工艺结合一体,解决了以上问题,最终生产出了表面质量和性能 都符合蜂窝密封材料要求的产品。
(1)选择非金属夹杂物总量不大于1.0级、氧氮硫三种元素含 量总和不大于25ppm的高纯净度纯金属作为合金化的原材料,再进行 电渣重熔和自耗重熔进一步去夹杂、去气,有效保证箔材产品在极薄 的成品状态下不会因为夹杂物过多、尺寸过大而导致的孔洞和磷皮等 缺陷。
(2)对钢锭进行1050~1180℃、40~60小时的均匀化热处理,能 够有效促进Nb、Mo等元素在合金钢锭中的均匀扩散,解决偏析问题, 避免因元素偏析导致的合金热加工工艺性差和性能不均匀。
(3)本发明中对半成品冷带进行表面研磨和抛光处理,研磨粒 度为500目~2000目,将材料表面在加工过程中粘连的、经过热处理 化学反应产生的夹杂物和氧化皮去除,提高表面质量。抛光介质为微 腐蚀性电解液,通过电化学反应,使材料表面附着物与电解液发生带 电粒子交换从而达到溶解、去除的效果。
(4)本发明通过前3种工艺已经改善了GH4169高温合金材料的 加工性能和性能均匀性,并提高了箔材表面光洁度,再进一步通过二 十辊精轧机控制第一道和最后一道的冷轧变形量来提高箔材厚度精 度,从而生产出了0.02~0.08mm的GH4169高温合金箔材。
本发明的有益效果:使用本发明生产的高品质镍基高温合金 GH4169箔材成品性能达到:固溶态断后延伸率达到36%~48%、时效态 抗拉强度达到1250MPa~1450MPa、表面粗糙度0.05μm~0.10μm、成 品厚度精度达到±0.003mm。通过本发明制备的GH4169合金冷轧箔材 质量优异,可实现工业化生产,满足高性能航空发动机的使用需求, 对帮助我国打破发达国家航空发动机技术垄断和封锁具有重大意义。
附图说明
图1为0.05mm厚GH4169镍基高温合金箔材照片图。
图2为批量化生产GH4169镍基高温合金箔材照片图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。但不局限于此三 种实施例,同样适用于其它航空发动机用镍基高温合金箔材的制备。
实施例1
1:选择非金属夹杂物总量0.5级、氧氮硫三种元素含量总和 15ppm的镍、铬、铌、钼、铝、钛、铁七种块状纯金属,采用真空度 为0.1Pa的真空熔炼炉进行合金化,制备成化学成分合格的GH4169 合金,将合金化获得的钢锭进行电渣重熔+真空自耗重熔完成三联冶炼;
2:将经过三联冶炼冶炼的钢锭进行均匀化热处理,加热温度为 1180℃,保温45小时,完成合金元素的均匀化;
3:将经过均匀化热处理的钢锭进行锻造和热轧,制备成为3mm 厚卷带,并进行冷轧开坯轧制;
4:冷轧开坯的半成品冷带进行表面研磨,研磨粒度为500目、 800目、1000目、1500目和2000目,由粗到细,依次进行,消除初 轧和软化退火形成的表面异物;
5:将厚度为0.07mm的薄半成品进行抛光处理,抛光材料使用质 地较软的无纺布,抛光介质使用4%的硝酸酒精溶液;
6:最后采用二十辊精轧机对经过抛光的薄半成品进行成品精轧, 第一道精轧变形量20%,最后一道变形量4%,最终获得厚度为0.03mm、 厚度精度达到±0.002mm的GH4169合金箔材。
生产的0.03mm厚GH4169合金箔材性能如表1所示。
实施例2
1:选择非金属夹杂物总量1.0级、氧氮硫三种元素含量总和 15ppm的镍、铬、铌、钼、铝、钛、铁七种块状纯金属,采用真空度 为0.1Pa的真空熔炼炉进行合金化,制备成化学成分合格的GH4169 合金,将合金化获得的钢锭进行电渣重熔+真空自耗重熔完成三联冶炼;
2:将经过三联冶炼冶炼的钢锭进行均匀化热处理,加热温度为 1150℃,保温50小时,完成合金元素的均匀化;
3:将经过均匀化热处理的钢锭进行锻造和热轧,制备成为5mm 厚卷带,并进行冷轧开坯轧制;
4:冷轧开坯的半成品冷带进行表面研磨,研磨粒度为500目、 800目、1500目和2000目,由粗到细,依次进行,消除初轧和软化 退火形成的表面异物;
5:将厚度为0.09mm的薄半成品进行抛光处理,抛光材料使用质 地较软的无纺布,抛光介质使用5%的硝酸酒精溶液;
6:最后采用二十辊精轧机对经过抛光的薄半成品进行成品精轧, 第一道精轧变形量22%,最后一道变形量7%,最终获得厚度为0.05mm、 厚度精度达到±0.003mm的GH4169合金箔材。
生产的0.05mm厚GH4169合金箔材性能如表1所示。
实施例3
1:选择非金属夹杂物总量1.0级、氧氮硫三种元素含量总和 21ppm的镍、铬、铌、钼、铝、钛、铁七种块状纯金属,采用真空度 为0.1Pa的真空熔炼炉进行合金化,制备成化学成分合格的GH4169 合金,将合金化获得的钢锭进行电渣重熔+真空自耗重熔完成三联冶炼;
2:将经过三联冶炼冶炼的钢锭进行均匀化热处理,加热温度为 1100℃,保温55小时,完成合金元素的均匀化;
3:将经过均匀化热处理的钢锭进行锻造和热轧,制备成为8mm 厚卷带,并进行冷轧开坯轧制;
4:冷轧开坯的半成品冷带进行表面研磨,研磨粒度为500目、 800目、1000目和1500目,由粗到细,依次进行,消除初轧和软化 退火形成的表面异物;
5:将厚度为0.12mm的薄半成品进行抛光处理,抛光材料使用质 地较软的无纺布,抛光介质使用4%硝酸+2%盐酸的酒精溶液;
6:最后采用二十辊精轧机对经过抛光的薄半成品进行成品精轧, 第一道精轧变形量18%,最后一道变形量10%,最终获得厚度为0.08mm、 厚度精度达到±0.003mm的GH4169合金箔材。
生产的0.08mm厚GH4169合金箔材性能如表1所示。
表1不同实施例中GH4169箔材性能
Claims (6)
1.一种航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法,其特征在于,具体制备工艺步骤及控制的技术参数如下:
采用纯净度高的纯金属原材料并进行三联冶炼,冶炼工艺选择真空冶炼+电渣重熔+真空自耗重熔;将冶炼获得的合金锭进行均匀化热处理,获得高品质的GH4169合金;对半成品进行研磨和抛光,以保证在不损坏产品表面的前提下有效去除表面附着的异物;采用二十辊精轧机、控制冷轧变形量,最终获得0.02~0.08mm成品箔材;使用本发明生产的GH4169成品箔材其固溶态断后延伸率达到36%~48%、时效态抗拉强度达到1250MPa~1450MPa、表面粗糙度0.05μm~0.10μm、成品厚度精度达到±0.003mm的高品质GH4169合金冷轧箔材。
2.按照权利要求1所述的航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法,其特征在于,所述的纯净度高的纯金属原材料为,选择非金属夹杂物总量不大于1.0级、氧氮硫三种元素含量总和不大于25ppm的高纯净度原材料,原材料形式为块状纯金属。
3.按照权利要求1所述的航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法,其特征在于,所述的真空冶炼采用真空度<0.1Pa的真空熔炼炉进行合金化,将合金化获得的钢锭进行电渣重熔+真空自耗重熔,从而获得三联冶炼的GH4169合金钢锭,电渣重熔和真空自耗重熔需在氩气或氦气等惰性气体的保护下进行。
4.按照权利要求1所述的航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法,其特征在于,三联冶炼获得的钢锭进行均匀化热处理,加热温度为1050℃~1180℃,保温40~60小时,消除合金凝固过程中出现的元素偏析,为后续加工提供成分均匀的优质钢锭。
5.按照权利要求1所述的航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法,其特征在于,所述的对半成品冷带进行表面研磨和抛光处理,研磨粒度为500目~2000目,抛光介质为微腐蚀性电解液,目的是消除初轧和软化退火在冷带表面形成的异物。
6.按照权利要求1所述的航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法,其特征在于,所述的使用二十辊精轧机轧制合金箔材成品,最后一个轧程坯料厚度为0.07~0.12mm,第一道轧制变形量控制为10%~25%,最后一道轧制变形量控制为3%~15%,最终轧制成0.02~0.08mm厚GH4169高温合金箔材。
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