CN115502212A - 一种航空发动机减震器限位杆用gh2150合金无缝管及轧制方法 - Google Patents
一种航空发动机减震器限位杆用gh2150合金无缝管及轧制方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种航空发动机减震器限位杆用GH2150合金无缝管及轧制方法，属于航空发动机用精密难成形合金无缝管材制备领域。通过棒料→激光打孔→电火花切割芯料→固溶处理→精密机加管坯→去应力退火→分段严控精密冷轧管材→成品热处理制备得到GH2150合金无缝管成品。本发明所述方法适用于GH2150合金无缝管系列产品的制备，也适用于难变形合金的无缝管成形。本发明所述方法具有工艺简单、提高生产效率、降低生产成本等特点，可大幅提高零件使用寿命，与板材滚圆焊接方法相比，采用本发明所述方法制备得到的管材质量具有明显优势，适合推广应用。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机用精密难成形合金无缝管材制备领域，特别提供了一种航空发动机减震器限位杆用GH2150合金无缝管及轧制方法。
背景技术
航空发动机上GH2150合金用于减震器限位杆组件的制备，该零件使用温度不低于500℃，靠摩擦力伸长或缩短，用来调节喷管的面积比，以使发动机获得推力增益，如果减震器限位杆组件失效将会导致调节片没有约束，严重的会发生发动机推力失效事故。
之前由于GH2150合金含有较多的W、Mo、Al、Ti等元素用来进行固溶强化时效强化，加工精密管材存在较大难度，一直没有研制成果，因此钛合金并没有生产过管材产品。GH2150合金限位杆是采用板材滚圆＋焊接方法制备，圆度差，尺寸精度和均匀性都较差，尤其是随着使用温度的提高，GH 2150合金限位杆在焊接热影响区处产生应力集中而容易出现裂纹，存在严重安全隐患，并且这种加工方法效率很低，已不能满足日益增加的产量需求。因此本文通过系统研究找到一种可以成功制备GH2150合金管材的方法，即分段严控法，实现GH2150合金无缝管制备和生产，代替焊管的加工制备方法。这种分段严控冷轧无缝管加工的减震器限位杆具有提高限位杆零件尺寸精度，可消除焊接带来的隐患，提高加工效率，降低加工成本，减少零件制备周期，提高零件质量和使用寿命等特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空发动机减震器限位杆用GH2150合金无缝管及轧制方法，采用分阶段严控冷精轧方法成形，结合特定热处理工艺，通过设计合适的变形道次和变形量分配，可得到内外均匀变形的GH2150合金无缝管。采用该方法生产的管材尺寸精度高，零件加工成本低、周期短，本发明可改善零件组织，提高减震器限位杆零件的使用寿命。
本发明技术方案如下：
一种航空发动机减震器限位杆用GH2150合金无缝管的轧制方法，采用分阶段冷精轧方法成形，具体工艺步骤如下：
（1）棒材固溶处理：GH2150合金棒材切段、激光打孔，电火花切割芯料之后进行固溶处理，固溶处理温度为1040℃～1100℃，保温30～60分钟；
（2）精密机加管坯：管坯加工时严格控制管坯内外表面粗糙度为Ra3.2以下，壁厚尺寸精度±0.20mm，长度不小于200mm；
（3）去应力退火：管材冷轧前退火处理；
（4） 粗轧：经5-8个道次粗轧管材，前3~4个道次的冷加工变形量单道次控制为5%～20%，火次变形量控制在5%~30%范围内，后2~4个道次的冷加工变形量单道次控制为15~25％，火次变形量控制在20%~40%范围内；粗轧壁厚尺寸精度控制在±0.10mm范围内；粗轧进给量1.0～3.0 mm/r，转速为15~20转/分钟；
（5）精轧：经3-5个道次冷精轧管材，前1~2个道次的精轧加工变形量单道次控制为20%～35%，火次变形量控制在35%~55%范围内，后2~3个道次的冷加工变形量单道次控制为30~55％，火次变形量控制在40%~60%范围内；冷精轧壁厚尺寸精度控制在±0.05mm~±0.08mm范围内；精轧进给量0.5～1.0 mm/r，转速为25~30转/分钟；
（6）成品热处理：将经清洗、切割的管材进行热处理，加热温度为1040℃-1060℃，保温10-30分钟，冷却速度不低于4℃/s；经矫直、抛光处理后得成品管材。
作为优选的技术方案：
步骤（1）中，经过固溶处理控制管材的晶粒组织在2.5-5级范围内。
步骤（3）中，退火加热温度为1040℃-1100℃，保温10-60分钟，控制管材晶粒组织在2.5-5级范围内。
步骤（4）中，中间退火温度为1040~1100℃。
步骤（5）中，中间退火温度为1060~1100℃。
本发明所述GH2150合金的成分为（质量百分比）：C≤0.08%；Ni45%~50%；Cr 14%~16%；Mo4.5%-6.0%；Al 0.8%~1.3%；W 2.5%~3.5%；Ti 1.8%~2.4%；Nb 0.9%~1.4%；Mn≤0.4%；Si≤0.4%；Cu≤0.07%；Zr≤0.05%；S≤0.015%；P≤0.015%；B≤0.01%；Ce≤0.02%；余量为Fe。
采用本发明所述方法制备得到的GH2150合金无缝管的晶粒度达到7级，壁厚尺寸偏差范围±0.02mm。所述无缝管室温抗拉强度≤1100MPa，延伸率≥30%，700℃抗拉强度≥800MPa，延伸率≥10%。
本发明的有益效果为：
1、本发明开发了一种航空发动机减震器限位杆用GH2150合金无缝管及轧制方法。
2、同板材滚圆+焊接的制备方法相比，本发明采用分阶段精密控制冷轧成形方法，可消除焊接影响，其组织和性能更加优异。
3、本发明可明显降低减震器限位杆零件的生产成本、减少生产周期，明显提高零件的质量和使用寿命。
附图说明
图1无缝管成品图。
图2无缝管晶粒组织图。
具体实施方式
实施例和对比例所用GH2150合金棒料成分均为（质量百分比）：C 0.052%；Ni 48%；Cr 14.17%；Mo 5.34%；W 3.07%；Al 1.05 %；Ti 2.1%；Nb 1.15%；Mn 0.03%；Si 0.04%；Cu＜0.03%；Zr 0.019%；S＜0.001%；P＜0.005%；B＜0.0025%；Ce＜0.0013%，余量为Fe。
实施例1
制备Φ25mm×0.8mm规格GH2150合金无缝管
（1）切取长为220mm的棒料，激光打Φ3mm孔，电火花切割出Φ24mm的芯料，然后进行固溶处理，固溶温度1100℃，保温60分钟，所得管坯晶粒度为2.5级。
（2）精密机加管坯：精加工管坯内外表面，使得管坯外径为Φ44mm，壁厚为8.5 mm，严格控制管坯内外表面粗糙度为Ra3.2以下，壁厚尺寸精度±0.20mm。
（3）去应力退火：管坯在1040℃下保温20分钟，退火处理后的管坯晶粒度为2.5级。
（4）粗轧管材：经7道次粗轧管坯至Φ31mm×3.2mm，具体轧制工艺参数见表1。中间退火温度为1040~1100℃。进给量1.5mm/r，转速为15转/分钟。
（5）精轧管材：经3道次冷精轧管材至Φ25mm×0.8mm，具体轧制工艺参数见表1。中间退火温度为1060~1100℃。进给量0.5mm~0.8mm/ r，转速为25转/分钟。
（6）成品热处理：将经清洗、切割长度到1300mm的管材进行热处理，加热温度为1040~1060℃，保温20分钟，冷却速度4.8℃/s，使其消除应力，并发生完全再结晶。并且控制晶粒度在7级；经矫直、抛光处理后得成品管材（如图1所示）。
采用这种方法生产的管材尺寸精度高、晶粒度为7级，组织比较均匀（如图2所示），探伤100%合格，室温拉伸和高温拉伸塑性高，如表2、表3所示。
表1 实施例1管材冷轧工艺
表2 实施例1生产的管材探伤结果和晶粒组织情况
表3实施例1生产的管材拉伸性能
实施例2
制备Φ25mm×0.8mm规格GH2150合金无缝管
（1）切取长为220mm的棒料，激光打Φ3mm孔，电火花线切割出Φ24mm芯料，固溶处理温度1100℃，保温60分钟，所得管坯晶粒度为2.5级。
（2）精密机加管坯：精加工管坯内外表面，使得管坯外径为Φ44mm，壁厚为8.3mm，严格控制管坯内外表面粗糙度为Ra3.2以下，壁厚尺寸精度±0.20mm。
（3）去应力退火：管坯在1080℃下保温20分钟，退火处理后的管坯晶粒度为2.5级。
（4）粗轧管材：经7道次粗轧管材至Φ31mm×3.2mm，具体轧制工艺参数见表4。中间退火温度为1040~1100℃。进给量1.5mm/r，转速为15转/分钟。
（5）精轧管材：经3道次冷精轧管材至Φ25mm×0.8mm，具体轧制工艺参数见表4。中间退火温度为1060~1100℃。进给量0.6mm/ r，转速为25转/分钟。
（6）成品热处理：将经清洗、切割长度到1300mm的管材进行热处理，加热温度为1040~1060℃，保温15分钟，冷却速度4.6℃/s，使其消除应力，并发生完全再结晶。并且控制晶粒度在7.5级；经矫直、抛光处理后得成品管材。
采用这种方法生产的管材尺寸精度高、晶粒组织为7.5级且比较均匀、探伤100%合格，室温拉伸和高温拉伸塑性高，如表5、表6所示。
表4 实施例2管材冷轧工艺
表5 实施例2生产的管材探伤结果和晶粒组织情况
表6实施例2生产的管材拉伸性能
实施例3
制备Φ25mm×0.8mm规格GH2150合金无缝管
（1）切取长为220mm的棒料，激光打Φ3mm孔，电火花切割出Φ24mm的芯料，然后进行固溶处理，固溶温度1040℃，保温30分钟，所得管坯晶粒度为5级。
（2）精密机加管坯：精加工管坯内外表面，使得管坯外径为Φ43mm，壁厚为7.8 mm，严格控制管坯内外表面粗糙度为Ra3.2以下，壁厚尺寸精度±0.20mm。
（3）去应力退火：管坯在1040℃下保温20分钟，退火处理后的管坯晶粒度为5级。
（4）粗轧管材：经5道次粗轧管坯至Φ33mm×4mm，具体轧制工艺参数见表7。中间退火温度为1040~1100℃。进给量2.5mm/r，转速为20转/分钟。
（5）精轧管材：经4道次冷精轧管材至Φ25mm×0.8mm，具体轧制工艺参数见表7。中间退火温度为1060~1100℃。进给量0.5mm~0.8mm/ r，转速为25转/分钟。
（6）成品热处理：将经清洗、切割长度到1300mm的管材进行热处理，加热温度为1040~1060℃，保温20分钟，冷却速度4.8℃/s，使其消除应力，并发生完全再结晶。并且控制晶粒度在7级；经矫直、抛光处理后得成品管材。
采用这种方法生产的管材尺寸精度高、晶粒度为7级，组织比较均匀，探伤100%合格，室温拉伸和高温拉伸塑性高，如表8、表9所示。
表7 实施例3管材冷轧工艺
表8 实施例3生产的管材探伤结果和晶粒组织情况
表9实施例3生产的管材拉伸性能
对比例1
制备Φ25mm×0.8mm规格GH2150合金无缝管
（1）切取长为220mm的棒料，固溶处理温度1080℃，保温60分钟。
（2）机加管坯：机加管坯内外表面，外径为Φ44mm，壁厚尺寸7mm。
（3）去应力退火：管坯在1040℃下保温60分钟，管坯晶粒度4级。
（4）轧制管材：经7道轧制管材至Φ25mm×0.8mm，每道次的冷加工变形量为15%~50%，火次变形量为15~45%。中间退火温度为1060~1080℃。进给量3mm/r，转速为30转/分钟，按普通轧管工艺，具体见表10所示。
（5）成品热处理：将经清洗、切割长度到1300mm的管材进行热处理，加热温度为1040~1060℃，保温20分钟，冷却速度为4.6℃/s，消除应力，发生完全再结晶。
未按照分阶段(粗轧-精轧)精密控制轧制方法，未注意各阶段道次变形量及末道次变形量控制，经上述工艺生产的管材壁厚尺寸偏差大，热处理后晶粒组织粗大，且不均匀，探伤合格率低，拉伸塑性低。如表11、表12所示。
表10管材冷轧工艺
表11 对比例1生产的管材探伤结果和晶粒组织情况
表12对比例1生产的管材拉伸性能
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种航空发动机减震器限位杆用GH2150合金无缝管的轧制方法，其特征在于，采用分阶段冷精轧方法成形，具体工艺步骤如下：
（1）棒材固溶处理：GH2150合金棒材切段、激光打孔，电火花切割芯料之后进行固溶处理，固溶处理温度为1040℃～1100℃，保温30～60分钟；
（2）精密机加管坯：管坯加工时严格控制管坯内外表面粗糙度为Ra3.2以下，壁厚尺寸精度±0.20mm，长度不小于200mm；
（3）去应力退火：管材冷轧前退火处理；
（4） 粗轧：经5-8个道次粗轧管材，前3~4个道次的冷加工变形量单道次控制为5%～20%，火次变形量控制在5%~30%范围内，后2~4个道次的冷加工变形量单道次控制为15~25％，火次变形量控制在20%~40%范围内；粗轧壁厚尺寸精度控制在±0.10mm范围内；粗轧进给量1.0～3.0 mm/r，转速为15~20转/分钟；
（5）精轧：经3-5个道次冷精轧管材，前1~2个道次的精轧加工变形量单道次控制为20%～35%，火次变形量控制在35%~55%范围内，后2~3个道次的冷加工变形量单道次控制为30~55％，火次变形量控制在40%~60%范围内；冷精轧壁厚尺寸精度控制在±0.05mm~±0.08mm范围内；精轧进给量0.5～1.0 mm/r，转速为25~30转/分钟；
（6）成品热处理：将经清洗、切割的管材进行热处理，加热温度为1040℃-1060℃，保温10-30分钟，冷却速度不低于4℃/s；经矫直、抛光处理后得成品管材。
2.按照权利要求1所述航空发动机减震器限位杆用GH2150合金无缝管的轧制方法，其特征在于：步骤（1）中，经过固溶处理控制管材的晶粒组织在2.5-5级范围内。
3.按照权利要求1所述航空发动机减震器限位杆用GH2150合金无缝管的轧制方法，其特征在于：步骤（3）中，退火加热温度为1040℃-1100℃，保温10-60分钟，控制管材晶粒组织在2.5-5级范围内。
4.按照权利要求1所述航空发动机减震器限位杆用GH2150合金无缝管的轧制方法，其特征在于：步骤（4）中，中间退火温度为1040~1100℃。
5.按照权利要求1所述航空发动机减震器限位杆用GH2150合金无缝管的轧制方法，其特征在于：步骤（5）中，中间退火温度为1060~1100℃。
6.按照权利要求1所述航空发动机减震器限位杆用GH2150合金无缝管的轧制方法，其特征在于：所述GH2150合金的成分为质量百分比：C≤0.08%；Ni45%~50%；Cr 14%~16%；Mo4.5%-6.0%；Al 0.8%~1.3%；W 2.5%~3.5%；Ti 1.8%~2.4%；Nb 0.9%~1.4%；Mn≤0.4%；Si≤0.4%；Cu≤0.07%；Zr≤0.05%；S≤0.015%；P≤0.015%；B≤0.01%；Ce≤0.02%；余量为Fe。
7.一种采用权利要求1所述方法制备得到的GH2150合金无缝管，其特征在于：所述无缝管的晶粒度为7级，壁厚尺寸偏差范围±0.02mm。
8.按照权利要求7所述GH2150合金无缝管，其特征在于：所述无缝管室温抗拉强度≤1100MPa，延伸率≥30%，700℃抗拉强度≥800MPa，延伸率≥10%。
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