CN113649511A - 一种高温合金饼坯的制备方法 - Google Patents

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    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J9/00Forging presses
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    • B21J1/00Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/06Heating or cooling methods or arrangements specially adapted for performing forging or pressing operations

Abstract

本发明公开一种高温合金饼坯的制备方法,涉及合金加工技术领域,成型时,先对坯料加热到设定温度,然后将摆碾的顶点与坯料的上表面中点对正,并将摆碾倾斜,使摆碾的表面与坯料上表面贴合,再使坯料绕上表面中点所在的轴线进行转动,同时摆碾对坯料施加沿轴向向下的压力进行辗压;从而本发明通过先对坯料进行加热,然后在坯料转动的情况下,对坯料进行轴向辗压,能够一次辗压成型,相较于反复镦粗的成型方法,辗压的过程中摆碾与坯料的接触面积小,摩擦力较低,金属流动性好,能够明显降低死区区域,提高坯料表面质量和最终尺寸精度,组织结构更加均匀;并且在轴向辗压的过程中,可以明显降低设备载荷,能够用于中小设备预制较大的饼坯。

Description

一种高温合金饼坯的制备方法
技术领域
本发明涉及合金加工技术领域,特别是涉及一种高温合金饼坯的制备方法。
背景技术
现阶段高温合金的制坯主要分为自由锻制坯和预模锻制坯,其中自由锻中的镦拔工艺和多向锻造工艺需要多火次、多工序的操作,操作较为复杂,而且其中因锻造温度范围窄的影响,无法单火次成形过久;而对于预模锻制坯,还需要另外加工一套预制坯模具,考虑到变形过程变形量若较大会引起模具磨损严重,引起预制坯形状不统一,变形量较小时,会使组织不均,另外预制模成形后无法消除或减小变形死区;对于普通的镦粗变形制坯工艺,其存在较大的上下变形死区,不利于组织均匀。
例如现有技术中申请号为“201710132448.2”,名称为“一种高合金化高温合金棒坯/饼坯的多向锻造方法”的发明专利,其主要是将定向凝固铸锭经开坯形成长方形坯料后,经过多向锻造的方法,得到所需尺寸的棒坯/饼坯,并将镦粗的上下死区减小,但是其每经历一个道次就将坯料旋转90°,每三个道次为一循环,所以在制坯过程中一共需要经历2~7个循环精整,导致其施工流程耗时较长,成型效率较低。
又例如申请号为“201510705695.8”,名称为“一种高温合金饼坯的锻造方法”的发明专利,其先将合金加热至锻造温度进行镦饼变形,变形量为30%~70%,然后将坯料翻面镦饼至工艺高度;然而多向锻造以改性过程较复杂,而翻面镦饼工艺理论上无法解决其镦粗上下变形死区问题,易造成预制坯内的组织不均匀,产生混晶,影响后续锻件质量。
因此,如何简化工艺流程,减小变形死区,提高饼坯的性能是本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温合金饼坯的制备方法,以解决现有技术存在的问题,成型方法更简单,且成型后的饼坯的组织一致性更好,性能更加优良。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:本发明提供一种高温合金饼坯的制备方法,包括以下过程:
对坯料加热到设定温度;
将摆碾的顶点与坯料的上表面中点对正,并将摆碾倾斜,使摆碾的表面与坯料上表面贴合;
使坯料绕上表面中点所在的轴线进行转动,同时摆碾对坯料施加沿轴向向下的压力进行辗压;
辗压完成后,对坯料进行后续处理。
优选的,以3℃/min~7℃/min的升温速率将饼坯加热至850℃~900℃,保温1h~2h,再加热至990℃~1020℃,保温1h~2h。
优选的,加热后,将坯料转移至下模上,并对坯料进行固定,其中下模与旋转驱动机构连接。
优选的,将坯料转移至下模上前,先将下模加热到280℃~350℃。
优选的,坯料与下模之间垫硅酸铝石棉层。
优选的,摆碾的下压速度为2mm/s~8mm/s,坯料的转速为30r/min~60r/min。
优选的,摆碾的倾斜角度为5°~8°。
优选的,坯料辗压完成后,对坯料进行组织均匀化处理。
优选的,组织均匀化处理的温度为940℃~1020℃。
优选的,坯料的高径比为1~1.6,变形量为30%~60%。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果:
1、本发明通过先对坯料进行加热,然后在坯料转动的情况下,对坯料进行轴向辗压,能够一次辗压成型,相较于反复镦粗的成型方法,辗压的过程中摆碾与坯料的接触面积小,摩擦力较低,金属流动性好,能够明显降低死区区域,提高坯料表面质量和最终尺寸精度,组织结构更加均匀;
2、本发明中辗压工艺相对于镦粗工艺而言,工艺步骤少,成型方法更简单;并且在轴向辗压的过程中,坯料连续的局部变形代替传统锻造工艺间隔局部变形,可以明显降低设备载荷,能够用于中小设备预制较大的饼坯;
3、本发明在辗压过程中无锻打和冲击,振动、噪音很小,可明显改善工人的劳动强度和工作环境;
4、对辗压后的饼坯进行组织均匀化处理能够在低于静态再结晶温度发生再结晶,从而得到组织一致性较好的高温合金饼坯。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的加工示意图;
图2为本发明GH4169合金饼坯在一成型条件下的高倍微观金相组织;
图3为本发明GH4169合金饼坯图2经过组织均匀化处理后的高倍微观金相组织;
图4为本发明GH4169合金饼坯在又一成型条件下的高倍微观金相组织;
图5为本发明GH4169合金饼坯图3经过组织均匀化处理后的高倍微观金相组织;
其中,1、摆碾;2、坯料;3、下模。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种高温合金饼坯的制备方法,以解决现有技术存在的问题,成型方法更简单,且成型后的饼坯的组织一致性更好,性能更加优良。
本实施例提供一种高温合金饼坯的制备方法,包括以下过程:
先将坯料2加热到设定温度;然后将摆碾1的顶点与坯料2的上表面中点(一般坯料2为圆柱状,则上表面中心即为圆形上表面的圆心)对正,并将摆碾1倾斜,使摆碾1的锥形表面与坯料2上表面贴合;再使坯料2绕上表面中点所在的轴线进行转动,同时摆碾1对坯料2施加沿轴向向下的压力进行辗压;辗压完成后,对坯料2进行后续处理。
由此,本实施例通过先对坯料2进行加热,然后在坯料2转动的情况下,对坯料2进行轴向辗压,能够一次辗压成型,相较于反复镦粗的成型方法,辗压的过程中摆碾1与坯料2的接触面积小,摩擦力较低,金属流动性好,能够明显降低死区区域,提高坯料表面质量和最终尺寸精度,组织结构更加均匀;其次辗压工艺相对于镦粗工艺而言,工艺步骤少,成型方法更简单,能够明显节省加工成本;并且在轴向辗压的过程中,坯料2连续的局部变形代替传统锻造工艺间隔局部变形,可以明显降低设备载荷,能够用于中小设备预制较大的饼坯。
另外,在辗压过程中无锻打和冲击,振动、噪音很小,可明显改善工人的劳动强度和工作环境。
本实施例加热过程中,以3℃~7℃/min的升温速率将饼坯加热至850℃~900℃,保温1h~2h,再加热至990℃~1020℃,保温1h~2h,保证坯料2完全被加热,保证坯料2具有良好地金属流动性,并且避免坯料2温度迅速降低,中断正常成型过程。
将坯料2加热到指定温度后,将坯料2转移至下模3上,并对坯料2进行固定,其中下模3与旋转驱动机构连接,通过旋转驱动机构带动下模3转动,进而带动坯料2转动,旋转驱动机构可以选择驱动电机,也可以选择其他机构,而旋转驱动机构及对坯料2进行固定的下模3均为本领域的常用装置,因此,本实施例对此不进行赘述。由于坯料2已经被加热,其温度较高,而且在辗压成型的过程中要尽量保证坯料2处于一个高温状态,为了避免坯料2与下模3接触时,由于坯料2与下模3温差较大,热传导效率高,导致坯料2温度迅速降低的情况出现,本实施例将坯料2转移至下模3上前,先将下模3加热到280℃~350℃,并且坯料2与下模3之间垫硅酸铝石棉层进行隔热处理,从两方面降低坯料2与下模3之间的热传导速度,保证坯料2在辗压加工过程中均处于较高的温度状态,保证其成型质量及成型效率。
进一步的,摆碾1的下压速度为2mm/s~8mm/s,下模3的转速为30r/min~60r/min,并且所述摆碾1的倾斜角度为5°~8°。
对于摆碾1倾角的选取时,因为随着摆碾1倾角的增大,能够达到更好的省力效果,但是当倾角过大,一是容易造成设备承受的偏载较大,增大对设备的损耗,其次,过大的摆碾1倾角易得到蘑菇效应严重的成型形状;而摆碾1的下压速度过小会延长坯料2的成型时间,在此过程中,坯料2的温降较为严重,导致成形出的饼坯性能难以达到要求;而摆碾1的下压速度较大时,由于应变速率的增大而变形抗力较大,对设备的载荷要求较高,且坯料2中心部分温度会明显升高,产生过热过烧现象,并不利于饼坯成型;当下模3转速较小时,每转进给量变大,难以达到坯料2带动摆碾1进行从动转动的变形模式,导致成形失败,而较高的转速对转动驱动机构的要求较高,所以,要合理选择加工参数。
上述过程中,对辗压完成的饼坯进行后续处理时,主要包括对饼坯进行组织均匀化处理,其中组织均匀化处理的手段主要为固溶处理,且固溶处理的温度为940℃~980℃;对辗压后的饼坯进行组织均匀化处理能够在低于静态再结晶温度发生再结晶,从而得到组织一致性较好的高温合金饼坯,以GH4169合金为例,其静态再结晶温度为1020℃,但是利用轴向碾压技术成形后,能在980℃时利用固溶热处理将组织再结晶完成,得到细化的等轴再结晶晶粒。
在坯料2的选取上,本实施例中坯料2的高径比为1~1.6,变形量为30%~60%;使现阶段工艺的坯料2高径比较大,高径比大于2的坯料2容易在变形时失稳。本实施例采用轴向辗压技术成形高温合金饼坯,不需要较大的高径比即可达到较大的应变量,因此坯料2的高径比不大,也不容易产生变形失稳的现象。
下面以坯料2为GH4169合金的饼坯成型为例进行说明:
1、对坯料2喷润滑剂,以/5℃/min的升温速率加热900℃,保温1h,再加热至1020℃,保温1h保证热透;
2、在加热到300℃的下模3上垫硅酸铝石棉,以避免坯料2与下模3接触温度降低过快;
3、将高径比1.5的坯料2进行轴向辗压,摆碾1倾角5°,压下速度5mm/s,下模3转速50r/min,变形量40%,空冷;
4、组织均匀化处理:在温度980℃时对饼坯进行固溶热处理,保温4h,空冷得到饼坯成品。
图2~图5为不同参数下GH4169合金饼坯的金像组织;
图2金像组织的成型条件为1020℃变形,摆碾1倾角5°,下压速度4mm/s,下模3转速40r/min,变形量40%;
图3金像组织的成型条件为1020℃变形,摆碾1倾角5°,下压速度4mm/s,下模3转速40r/min,变形量40%,960℃均匀化处理;
图4金像组织的成型条件为1010℃变形,摆碾1倾角6°,下压速度6mm/s,下模3转速60r/min,变形量50%;
图5金像组织的成型条件为1010℃变形,摆碾1倾角6°,下压速度6mm/s,下模3转速60r/min,变形量50%,970℃均匀化处理。
根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。
需要说明的是,对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种高温合金饼坯的制备方法,其特征在于,包括以下过程:
对坯料加热到设定温度;
将摆碾的顶点与坯料的上表面中点对正,并将摆碾倾斜,使摆碾的表面与坯料上表面贴合;
使坯料绕上表面中点所在的轴线进行转动,同时摆碾对坯料施加沿轴向向下的压力进行辗压;
辗压完成后,对坯料进行后续处理。
2.根据权利要求1所述的高温合金饼坯的制备方法,其特征在于,以3℃/min~7℃/min的升温速率将饼坯加热至850℃~900℃,保温1h~2h,再加热至990℃~1020℃,保温1h~2h。
3.根据权利要求2所述的高温合金饼坯的制备方法,其特征在于,加热后,将坯料转移至下模上,并对坯料进行固定,其中下模与旋转驱动机构连接。
4.根据权利要求3所述的高温合金饼坯的制备方法,其特征在于,将坯料转移至下模上前,先将下模加热到280℃~350℃。
5.根据权利要求4所述的高温合金饼坯的制备方法,其特征在于,坯料与下模之间垫硅酸铝石棉层。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的高温合金饼坯的制备方法,其特征在于,摆碾的下压速度为2mm/s~8mm/s,坯料的转速为30r/min~60r/min。
7.根据权利要求6所述的高温合金饼坯的制备方法,其特征在于,摆碾的倾斜角度为5°~8°。
8.根据权利要求7所述的高温合金饼坯的制备方法,其特征在于,坯料辗压完成后,对坯料进行组织均匀化处理。
9.根据权利要求8所述的高温合金饼坯的制备方法,其特征在于,组织均匀化处理的温度为940℃~1020℃。
10.根据权利要求1所述的高温合金饼坯的制备方法,其特征在于,坯料的高径比为1~1.6,变形量为30%~60%。
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