CN113305172B - 一种gh4169合金棒材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种GH4169合金棒材的制备方法，该制备方法包括如下步骤，预处理：包括将GH4169合金电渣锭进行锻造开棒坯、精整、940‑960℃预热、1120‑1150℃加热、润滑，得待挤压棒材坯料；挤压成型：将待挤压棒材坯料以80‑150mm/s的速度挤压得棒材；后处理：包括将棒材进行水冷处理。本发明提供的GH4169合金棒材的制备方法，采用锻造与挤压相结合的方式，通过控制预热、加热和挤压速度等参数可减少形变过程中的降温及挤压过程中δ相的析出，显著减小棒材从中心到边缘的温度差，进而保证棒材从表面到中心的晶向均匀，使得棒材的高倍组织晶粒度级差及δ相级差均在1级以内。
Description
技术领域
本发明涉及合金型材的生产技术领域，尤其涉及一种GH4169合金棒材的制备方法。
背景技术
GH4169合金是一种被广泛使用的镍基变形高温合金，具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能，被广泛用于宇航、核能、石油工业等领域，尤其是用于制造航空发动机中盘件、环件和叶片等部件。
现有的GH4169合金棒材都是采取锻造成型，如锤锻，快锻和精锻。虽然现有的锻造生产方式制得GH4169高温合金棒材的晶粒度可达到6-8级，但是因锻造成型至少需要经过6-7火次锻造，时间过长造成终锻温度低，出现棒材的部分区域无法完成动态再结晶过程并产生了晶粒度各项异性等缺陷，进而导致采用锻造成型制得的GH4169合金棒材的晶粒度级差大，可靠性较差。
随着航空发动机设计及性能水平的提高，对航空发电机的零部件也提出了更高的要求，现有的锻造工艺制得的GH4169合金棒材已无法满足需求；而现有的挤压工艺制得的GH4169合金棒材也存在晶粒度级差大的缺陷；因此，研发一种晶粒度级差小，可靠性高的GH4169合金棒材的生产方法是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
针对目前GH4169合金棒材的制备方法制得的GH4169合金棒材存在晶粒度级差大、可靠性差的缺陷，本发明提供一种GH4169合金棒材的制备方法，该方法制得的GH4169合金棒材的高倍组织晶粒度级差、δ相级差均在1级以内。
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GH4169合金棒材的制备方法，包括如下步骤：
预处理：包括将GH4169合金电渣锭进行锻造开棒坯、精整、940-960℃预热、1120-1150℃加热、润滑得待挤压棒材坯料；
挤压成型：将待挤压棒材坯料以80-150mm/s的速度进行挤压，得棒材；
后处理：包括将棒材进行水冷处理，得GH4169合金棒材。
本发明提供的GH4169合金棒材的制备方法，采用锻造与挤压相结合的方式，首先采用锻造的方式开棒坯，经锻造得到的棒坯首先进行精整确保棒坯表面光洁度≤3.2um,满足后续挤压要求；然后通过控制预热、加热和挤压速度等参数，可有效减少形变过程中的降温，保证挤压成型步骤得到的棒材温度大于1020℃，进而减少甚至避免挤压过程中δ相的析出，使得晶粒尤其是δ相沿轴向有序稳定排列；特定的预处理、挤压成型和后处理步骤及预热、加热和挤压速度等参数相互配合，显著减小GH4169合金棒材从中心到边缘的温度差，进而保证棒材表面，中心和1/2半径处三个位置的晶向均匀性，GH4169合金棒材的高倍组织晶粒度级差及δ相级差均在1级以内，显著提高GH4169合金棒材的综合性能。
可选地，上述挤压成型步骤中待挤压棒材坯料的温度为1120-1150℃。通过限定挤压过程中待挤压棒材坯料的温度，可进一步提高最终制得的合金棒材的δ相均匀性。
可选地，上述挤压成型步骤的挤压比为3.3-3.7，挤压力为30-36KN。通过限定挤压比及挤压压力，可进一步提高GH4169合金棒材表面的光滑平整性及力学性能。
可选地，上述预处理步骤中预热的保温时间为2.5-5h。通过限定预热保温的时间，可进一步提高GH4169合金棒材中晶向组织的均匀性。
可选地，上述后处理步骤中的水冷是将挤压成型得到的棒材于60-90S内放入冷水保持8-15min。通过限定将挤压成型得到的棒材转移至冷水中的速度，可保证在挤压成型与后处理之间的过程中无过程析出相析出。
可选地，上述预处理步骤中，精整后得直径为245-250mm棒坯。通过限定精整后得到棒坯的直径，可进一步提高制得的GH4169合金棒材的组织均匀性，防止直径过大(受力不均)或过小(变形比不够)，棒材表面，中心和1/2半径处三个位置的晶粒度级差及δ相级差较大。
可选地，上述预处理步骤中，精整是采用粒度为30#的砂轮进行打磨。
可选地，上述预处理步骤中采用玻璃粉进行润滑。
可选地，上述后处理步骤还包括对水冷后的棒材进行酸洗、矫直和探伤处理，所述酸洗是采用浓硫酸或浓盐酸。
本发明还提供了上述的GH4169合金棒材的制备方法制得的GH4169合金棒材。
附图说明
图1为本发明实施例1中制得的GH4169合金棒材表面的晶粒度的电镜扫描图；
图2为本发明实施例1中制得的GH4169合金棒材1/2半径处的晶粒度的电镜扫描图；
图3为本发明实施例1中制得的GH4169合金棒材中心的晶粒度的电镜扫描图；
图4为本发明实施例1中制得的GH4169合金棒材表面的δ相电镜扫描图；
图5为本发明实施例1中制得的GH4169合金棒材1/2半径处的δ相电镜扫描图；
图6为本发明实施例1中制得的GH4169合金棒材中心的δ相电镜扫描图；
图7为本发明对比例1中制得的GH4169合金棒材表面的δ相电镜扫描图；
图8为本发明对比例1中制得的GH4169合金棒材1/2半径处的δ相电镜扫描图；
图9为本发明对比例1中制得的GH4169合金棒材中心的δ相电镜扫描图。
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
本实施例提供一种GH4169合金棒材的制备方法，其制备方法如下：
预处理：
用2500t快锻机对直径为360mm的GH4169合金电渣锭开棒坯得直径为260mm的圆柱体；然后依次用圆车光处理、粒度为30#的砂轮打磨至棒坯表面确保棒坯表面光洁度≤3.2um(此时棒坯直径为247mm)，采用电阻炉在950-955℃预热并保温3h；然后用电磁感应加热器加热至1135-1140℃并在棒坯表面涂覆玻璃粉进行润滑，得待挤压棒材坯料；
挤压成型：
将待挤压棒材坯料维持在1135-1140℃，然后在挤压比为3.5，挤压力为33KN的条件下以120mm/s的挤压速度进行挤压得到棒材；
后处理：
将挤压成型后的棒材在80-90S内放入冷水并保持15min；取出后用浓硫酸进行冲洗，经矫直、探伤，即得GH4169合金棒材。
实施例2
本实施例提供一种GH4169合金棒材的制备方法，其制备方法如下：
预处理：
用2500t快锻机对直径为360mm的GH4169合金电渣锭开棒坯得直径为260mm的圆柱体；然后依次用圆车光处理、粒度为30#的砂轮打磨至棒坯表面确保棒坯表面光洁度≤3.2um(此时棒坯直径为245mm)，采用电阻炉在955-960℃预热并保温2.5h；然后用电磁感应加热器加热至1145-1150℃并在棒坯表面涂覆玻璃粉进行润滑，得待挤压棒材坯料；
挤压成型：
将待挤压棒材坯料维持在1145-1150℃，然后在挤压比为3.7，挤压力为30KN的条件下以80mm/s的挤压速度进行挤压得到棒材；
后处理：
将挤压成型后的棒材在70-80S内放入冷水并保持12min；取出后用浓盐酸进行冲洗，经矫直、探伤，即得GH4169合金棒材。
实施例3
本实施例提供一种GH4169合金棒材的制备方法，其制备方法如下：
预处理：
用2500t快锻机对直径为360mm的GH4169合金电渣锭开棒坯得直径为260mm的圆柱体；然后依次用圆车光处理、粒度为30#的砂轮打磨至棒坯表面确保棒坯表面光洁度≤3.2um(此时棒坯直径为250mm)，采用电阻炉在940-945℃预热并保温5h；然后用电磁感应加热器加热至1120-1125℃并在棒坯表面涂覆玻璃粉进行润滑，得待挤压棒材坯料；
挤压成型：
将待挤压棒材坯料维持在1120-1125℃，然后在挤压比为3.3，挤压力为36KN的条件下以150mm/s的挤压速度进行挤压得到棒材；
后处理：
将挤压成型后的棒材在60-70S内放入冷水并保持8min；取出后用浓硫酸进行冲洗，经矫直、探伤，即得GH4169合金棒材。
实施例4
本实施例提供一种GH4169合金棒材的制备方法，其制备方法与实施例1相似，区别仅在于挤压成型步骤的挤压比和挤压力不同：本实施例中的挤压比为3.0，挤压力为40KN。
实施例5
本实施例提供一种GH4169合金棒材的制备方法，其制备方法与实施例1相似，区别仅在于坯料预处理步骤中预热的保温时间不同：本实施例中为2.0h。
实施例6
本实施例提供一种GH4169合金棒材的制备方法，其制备方法与实施例1相似，区别仅在于后处理步骤中的水冷时挤压成型得到的棒材入水时间不同：本实施例中挤压成型得到的棒材于90-100S内放入冷水保持15min。
对比例1
本对比例提供一种GH4169合金棒材的制备方法，其制备方法如下：
步骤1：将直径为360mm的GH4169合金电渣锭预热均匀至1080-1090℃后，进行一火次开坯锻造，在2500T快锻机上对铸锭进行两镦一拔工艺，加热温度1080℃，镦粗和拔长的变形量为40％，每道次变形量25％，锻造完成后坯料表面温度900℃，制得坯料；
步骤2：然后对步骤1制得的坯料进行第2-3火次锻造，在2500T快锻机上对坯料径向和轴向进行交替镦粗和拔长锻造，加热温度为1080-1090℃，镦粗和拔长的变形量为30％，每道次的变形量25％，锻造完成后坯料表面温度900℃；
步骤3：然后对坯料进行第4-5火次锻造，在2500T快锻机上进行拔长，加热温度为1050℃，拔长变形量控制为25％，每道次的变形量25％，锻造完成后坯料表面温度850℃；
步骤4：然后对坯料进行第6-7火次锻造，在2500T快锻机上进行倒棱和摔圆，锻造完成后坯料表面温度900℃，加热温度为1000℃，每火次的变形量为25％，第1道次的变形量15％，制得GH4169合金棒材。
对比例2
本对比例提供一种GH4169合金棒材的制备方法，其制备方法与实施例1相似，区别仅在于预处理步骤中加热温度不同：本对比例中用电磁感应加热器加热至1110-1115℃。
实验例1
将实施例及对比例制得的GH4169合金棒材的表面、中心及1/2半径处的位置分别进行扫描电镜(SEM)测试，然后根据GB/T 6394-2017金属平均晶粒度测定法中的对比法分别进行晶粒度级别和δ相级别的测定。测试结果如下表所示，实施例1及对比例1的扫描电镜图如图1-9所示。
由图1-3可知，本发明提供的GH4169合金棒材的制备方法制得的GH4169合金棒材晶粒度组织均匀度良好，均为完全再结晶组织；由图4-6可知本发明提供的GH4169合金棒材的制备方法制得的GH4169合金棒材δ相均为1级；由图7-9可知，现有的制备GH4169合金棒材的制备方法制得的GH4169合金棒材的表面，1/2半径及中心组织δ相差异较大，级差超过2级以上。
表1晶粒度和δ相级别测试结果
由上表中的数据可知，本发明提供的GH4169合金棒材的制备方法制得的GH4169合金棒材，其晶粒度级差及δ相级差均≤1.0，棒材的内部组织更均匀，综合性能更优异。
实验例2
将实施例及对比例制得的GH4169合金棒材的两端按照GB/T 228-1987金属拉伸实验方法分别在23℃和650℃下进行抗拉强度和规定塑性延伸强度的性能测试，测试结果如下表所示。
表2力学性能测试结果
由上表中的数据可知，本发明提供的GH4169合金棒材的制备方法制得的GH4169合金棒材具有优异的抗拉强度和规定塑性延伸强度。
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 (7)
1.一种GH4169合金棒材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
预处理：包括将GH4169合金电渣锭进行锻造开棒坯、精整、940-960℃预热、1120-1150℃加热、润滑，得待挤压棒材坯料；
挤压成型：将待挤压棒材坯料以120-150mm/s的速度挤压得棒材；
后处理：包括将棒材进行水冷处理，得GH4169合金棒材；
所述锻造开棒坯的具体操作为对直径为360mm的GH4169合金电渣锭开棒坯得直径为260mm的圆柱体；
所述预处理步骤中，精整后得直径为245-250mm棒坯；
所述挤压成型步骤得到的棒材温度大于1020℃；
所述挤压成型步骤中待挤压棒材坯料的温度为1120-1150℃；
所述后处理步骤中的水冷是将挤压成型得到的棒材于60-90S内放入冷水保持8-15min。
2.根据权利要求1所述的GH4169合金棒材的制备方法，其特征在于，所述挤压成型步骤的挤压比为3.3-3.7，挤压力为30-36KN。
3.根据权利要求1所述的GH4169合金棒材的制备方法，其特征在于，所述预处理步骤中预热的保温时间为2.5-5h。
4.根据权利要求1所述的GH4169合金棒材的制备方法，其特征在于，
所述预处理步骤中，精整是采用粒度为30#的砂轮进行打磨。
5.根据权利要求1或2所述的GH4169合金棒材的制备方法，其特征在于，所述预处理步骤中采用玻璃粉进行润滑。
6.根据权利要求1所述的GH4169合金棒材的制备方法，其特征在于，所述后处理步骤还包括对水冷后的棒材进行酸洗、矫直和探伤处理，所述酸洗是采用浓硫酸或浓盐酸。
7.权利要求1-6任一项所述的GH4169合金棒材的制备方法制得的GH4169合金棒材。
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