CN115815359A - 一种难变形合金厚板锻造成形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料热加工领域，尤其涉及一种难变形合金厚板锻造成形的方法。该方法包括：将矩形截面环形件在水切割或线切设备上沿圆周方向进行n等分，制成内弧长尺寸大于所需厚板锻件长度尺寸的n块弧段，切分后对切分面棱角进行打磨倒棱；矩形截面环形件的壁厚和所需厚板锻件的厚度相同；将弧段在该材料对应热处理温度范围内加热，保温一定时间，出炉在锻锤/压力机设备上进行校直，压至厚板锻件图尺寸。
Description
技术领域
本发明属于金属材料热加工领域，尤其涉及一种难变形合金厚板锻造成形的方法。
背景技术
合金板材是一种常见的金属制品，按板材厚度可分为中厚板(厚度4.5～25mm)、厚板(厚度25～100mm)和特厚板(厚度≥100mm)，主要应用于航空航天、压力容器、船舶、桥梁等领域。通常热加工企业是将较大规格的铸锭或锻棒坯料锻制成特厚板，若需要厚度≤100mm以下的中厚板和厚板，普遍采用专业化板材加工设备四辊轧机或六辊轧机将特厚板坯进行多道次热轧成形，该成形方式尺寸精度高，表面质量好，材料利用率较高，可达到60％～80％；若热加工企业无专业化板材轧机，一般采用自由锻设备锻锤或压力机进行多火次锻造压制成形，该成形方式生产厚板所需加热火次多，尤其是变形抗力的难变形高温合金、钛合金一般需6～10火次，且最终成形后板材锻件表面不平整，外形不规整，材料利用率仅30％～40％，造成了极大的能源浪费和昂贵原材料的损耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种适用于无专业化板材轧机的热加工企业难变形合金厚板(厚度25～100mm)锻造成形的方法。利用锻锤/压力机、扩孔机锻造成形矩形截面环形件，再进行切分、校直，实现难变形合金厚板锻造成形。
本发明的技术方案是：
一种难变形合金厚板锻造成形的方法，包括：
将矩形截面环形件在水切割或线切设备上沿圆周方向进行n等分，制成内弧长尺寸大于所需厚板锻件长度尺寸的n块弧段，切分后对切分面棱角进行打磨倒棱；矩形截面环形件的壁厚和所需厚板锻件的厚度相同；
将弧段在该材料对应热处理温度范围内加热，保温一定时间，出炉在锻锤/压力机设备上进行校直，压至厚板锻件图尺寸。
优选的n为3或4。.
内弧长尺寸和所需厚板锻件长度尺寸之差小于或等于20mm。
矩形截面环形件的高度尺寸与所需厚板锻件宽度尺寸相同。
矩形截面环形件的锻造方法包括：
在复验合格的合金棒料中，选择能锻造出n块厚板锻件规格的棒料进行下料；
将棒料打磨棱角至R3～5，预热锻锤/压力机锤砧、扩孔机辗压辊、辗压轮等工装至150～350℃；
将棒料在锻造温度下加热，保温一定时间，出炉后在锻锤/压力机设备上进行镦饼、冲孔工序，制成高度尺寸与所需厚板锻件宽度尺寸相同的环坯；其中，镦饼、冲孔后检查环坯内孔及表面缺陷，进行打磨排伤；
将环坯在锻造温度下加热，保温一定时间，出炉后在扩孔机设备上进行扩孔工序，制成矩形截面环形件；其中，环形件壁厚尺寸与所需厚板锻件厚度尺寸相同，扩孔后检查环形件内孔及表面缺陷，进行打磨排伤；
扩孔过程中要求最后1火变形量应在25～40％，以保证最终锻件再结晶充分，使锻件内部组织均匀。
棒料高径比小于或等于3。
合金厚板为厚度为25～100mm、材料为钛合金或高温合金的厚板。
本发明的有益效果是：在无专业化板材轧机的条件下，利用锻锤/压力机、扩孔机锻造成形矩形截面环形件，再进行切分、校直，实现难变形高温合金、钛合金厚板锻造成形。采用镦饼、冲孔—扩孔—切分—校直主导工艺流程，可实现4～6火次成形，单件可节材20～30％，大大提高了原材料的利用率。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明技术方案进行进一步详细说明：
根据难变形合金厚板(厚度25～100mm)结构特点，先利用锻锤/压力机和扩孔机锻造成形矩形截面环形件，再进行切分、校直，实现难变形合金厚板锻造成形。主要工序分为镦饼、冲孔—扩孔—切分—校直环节，其具体步骤为：
步骤(1)下料：在复验合格的合金棒料中，选择合适的规格进行下料，要求棒料高径比≤3；
步骤(2)锻前准备：将步骤(1)中合金棒料打磨棱角至R3～5，生产用锻锤/压力机锤砧，扩孔机辗压辊、辗压轮等工装预热至150～350℃；
步骤(3)镦饼、冲孔：将步骤(2)中合金棒料在锻造温度下加热，保温一定时间，出炉在锻锤/压力机设备上进行镦饼、冲孔工序，制成高度尺寸与所需厚板锻件宽度尺寸相同的环坯，镦饼、冲孔后检查环坯内孔及表面缺陷，进行打磨排伤；
步骤(4)扩孔：将步骤(3)中制成的环坯在锻造温度下加热，保温一定时间，出炉在扩孔机设备上进行扩孔工序，制成矩形截面环形件。扩孔过程中要求最后1火变形量应在25～40％，以保证最终锻件再结晶充分，使锻件内部组织均匀。环形件壁厚尺寸与所需厚板锻件厚度尺寸相同，扩孔后检查环形件内孔及表面缺陷，进行打磨排伤；
步骤(5)切分：将步骤(4)中制成的矩形截面环形件在水切割或线切设备上沿圆周方向进行1/3或1/4等分，制成内弧长尺寸略大于(0～20mm)所需厚板锻件长度尺寸的3块或4块弧段，切分后对切分面棱角进行打磨倒棱；
步骤(6)校直：将步骤(5)中制成的弧段在该材料对应热处理温度范围内加热，保温一定时间，出炉在锻锤/压力机设备上进行校直，压至厚板锻件图尺寸；
校直工序锻件无充分变形，温度应选择在该材料对应热处理温度范围内，以免对锻件后续组织和性能造成不利影响，优选热处理温度中上限加热，以降低材料变形抗力，例如：GH4169合金固溶处理温度950℃～980℃，优选970℃加热保温；TC4合金退火处理温度700℃～800℃，优选800℃加热保温。
步骤(7)热处理：将步骤(6)中厚板锻件采用专用热处理制度进行热处理；
步骤(8)理化：将步骤(7)中厚板锻件进行所需理化项目检测，最终锻件的组织及力学性能各项指标需达到标准要求，满足后续厚板锻件的使用要求。
实施例
本实施例以某型发动机用钛合金厚板锻件生产为例，材料为：TC4，交付尺寸：650±1×400±1×25±1，交付重量：28.9Kg，根据交付尺寸设计锻件尺寸为:665±5×410±5×35±5，锻件重量：42.4Kg，其具体实施过程如下。
(1)下料：在复验合格的TC4棒料中，按上述方案要求棒料高径比≤3，确定下料规格：Φ300×610(四合一)，下料重量：191.5Kg(四合一)，进行下料；
(2)锻前准备：将步骤(1)中合金棒料打磨棱角至R3～5，生产用锻锤/压力机锤砧，扩孔机辗压辊、辗压轮等工装预热至150～350℃；
(3)镦饼、冲孔：将步骤(2)中TC4棒料在相变点下40℃加热保温240min，出炉在锻锤/压力机设备上进行镦饼、冲孔工序，1火次完成，制成尺寸为～φ400×φ180±5×410±5的环坯，环坯高度尺寸410mm与所需厚板锻件宽度尺寸410mm相同，镦饼、冲孔后检查环坯内孔及表面缺陷，进行打磨排伤；
(4)扩孔：将步骤(3)中制成的～φ400×φ180±5×410±5环坯在相变点下40℃加热保温一定时间，冷料加热保温时间按0.8～1.0min/mm×H计算(H为待加热坯料有效截面最小厚度，单位mm)，热料回炉加热保温时间按0.5～0.6min/mm×H计算，加热完成后出炉在扩孔机设备上进行扩孔工序，3火次扩孔制成矩形截面环形件，第3火变形量为35％，最终制成尺寸为φ940±5×φ870±5×410±5的环形件，环形件壁厚尺寸35mm与所需厚板锻件厚度尺寸35mm相同，扩孔后检查环形件内孔及表面缺陷，进行打磨排伤；
(5)切分：将步骤(4)中制成的矩形截面环形件在水切割或线切设备上沿圆周方向进行1/4等分，制成内弧长尺寸为680mm的4块弧段，内弧段尺寸略大于所需厚板锻件长度尺寸665mm，切分后对切分面棱角进行打磨倒棱；
(6)校直：将步骤(5)中制成的弧段在TC4合金退火温度800℃加热保温30min，出炉在锻锤/压力机设备上进行校直，压至厚板锻件图尺寸665±5×410±5×35±5；
(7)热处理：将步骤(6)中TC4厚板锻件采用专用热处理制度进行热处理，具体制度为：800℃保温2h，散开空冷；
(8)理化：将步骤(7)中厚板锻件进行所需理化项目检测，最终锻件的组织及力学性能各项指标均达到标准要求，且各批次间稳定性较高，满足后续厚板的使用要求。
经该方案生产的某型发动机用钛合金厚板锻件总共5火次锻造成形，单件锻件消耗原材料47.9Kg，材料利用率达60.3％，组织和性能指标均一次满足相关标准要求。
Claims (8)
1.一种难变形合金厚板锻造成形的方法，其特征在于，包括：
将矩形截面环形件在水切割或线切设备上沿圆周方向进行n等分，制成内弧长尺寸大于所需厚板锻件长度尺寸的n块弧段，切分后对切分面棱角进行打磨倒棱；矩形截面环形件的壁厚和所需厚板锻件的厚度相同；
将弧段在该材料对应热处理温度范围内加热，保温一定时间，出炉在锻锤/压力机设备上进行校直，压至厚板锻件图尺寸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选的n为3或4。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，内弧长尺寸和所需厚板锻件长度尺寸之差小于或等于20mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，矩形截面环形件的高度尺寸与所需厚板锻件宽度尺寸相同。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矩形截面环形件的锻造方法包括：
在复验合格的合金棒料中，选择能锻造出n块厚板锻件规格的棒料进行下料；
将棒料打磨棱角至R3～5，预热锻锤/压力机锤砧、扩孔机辗压辊、辗压轮等工装至150～350℃；
将棒料在锻造温度下加热，保温一定时间，出炉后在锻锤/压力机设备上进行镦饼、冲孔工序，制成高度尺寸与所需厚板锻件宽度尺寸相同的环坯；其中，镦饼、冲孔后检查环坯内孔及表面缺陷，进行打磨排伤；
将环坯在锻造温度下加热，保温一定时间，出炉后在扩孔机设备上进行扩孔工序，制成矩形截面环形件；其中，环形件壁厚尺寸与所需厚板锻件厚度尺寸相同，扩孔后检查环形件内孔及表面缺陷，进行打磨排伤。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，扩孔过程中要求最后1火变形量应在25～40％，以保证最终锻件再结晶充分，使锻件内部组织均匀。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，棒料高径比小于或等于3。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，合金厚板为厚度为25～100mm、材料为钛合金或高温合金的厚板。
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