CN116251918B - 一种难变形高温合金锻件及其锻造方法 - Google Patents

一种难变形高温合金锻件及其锻造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种难变形高温合金锻件及其锻造方法，属于高温合金技术领域，用于提高难变形高温合金锻件质量的一致性、提高锻件成品的合格率、有效提高锻件成品质量。锻造方法包括：S1、将高温合金棒材料段加热至高温合金γ’相溶解温度附近，并进行第一段保温；然后采用感应加热将高温合金棒材料段的外表面加热至高于高温合金γ’相溶解温度20～60℃,之后迅速转移至模具中进行镦饼，得到预制饼坯；S2、将预制饼坯加热至低于高温合金γ’相溶解温度10～30℃，包钢套并进行第二段保温；然后采用感应加热将预制饼坯的外表面加热至高于高温合金γ’相溶解温度,之后迅速转移至模具中进行终锻，得到高温合金锻件。本发明锻造得到的锻件整体一致性好，锻件的合格率高。

Description

一种难变形高温合金锻件及其锻造方法
技术领域
本发明涉及高温合金技术领域，特别涉及一种难变形高温合金锻件及其锻造方法。
背景技术
现有的变形高温合金锻造工艺中，一般锻前加热温度较高，以补偿锻件在转移过程中的温降；锻件长时间处于γ’相溶解温度附近加热，会造成锻件锻后局部区域存在粗晶现象，而现有的热模锻技术受制于模具成本和加热时间等因素的制约，模具预热温度偏低(200℃～350℃)，坯料接触模具后迅速降温形成变形死区，容易造成锻件开裂及冷模组织，因此，亟需提供一种难变形高温合金的锻造方法，以有效实现锻件质量的一致性、提高锻件成品的合格率、有效提高锻件成品质量。
发明内容
鉴于上述情况，本发明旨在提供一种难变形高温合金锻件及其锻造方法，用于提高难变形高温合金锻件质量的一致性、提高锻件成品的合格率、有效提高锻件成品质量。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一方面，本发明提供了一种难变形高温合金锻件的锻造方法，包括：
S1、将高温合金棒材料段加热至高温合金γ’相溶解温度附近，并进行第一段保温；然后采用感应加热将高温合金棒材料段的外表面加热至高于高温合金γ’相溶解温度20～60℃,之后迅速转移至模具中进行镦饼，得到预制饼坯；
S2、将预制饼坯加热至低于高温合金γ’相溶解温度10～30℃，包钢套并进行第二段保温；然后采用感应加热将预制饼坯的外表面加热至高于高温合金γ’相溶解温度,之后迅速转移至模具中进行终锻，得到高温合金锻件。
进一步的，S1中，采用感应加热将高温合金棒材料段的距离表面0.5～3mm厚度内加热至高于高温合金γ’相溶解温度。
进一步的，S1中，第一段保温根据棒材料段的规格调整保温时间，保温时间使棒材料段能正好热透而且没有导致晶粒组织长大。
进一步的，S1中，迅速转移至模具中是指控制转移时间在8s内。
进一步的，S1中，控制感应加热处理的时间在3～10s内。
进一步的，S1中，控制镦饼的变形量在30％～60％内。
进一步的，S1中，控制镦饼的时间在12s以内。
进一步的，S2中，感应加热处理加热时间3～10s，加热深度0.5～3mm。
进一步的，S2中，控制终锻的变形量在45％～55％内。
本发明还提供了一种难变形高温合金锻件，难变形高温合金锻件采用上述锻造方法制备。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
a)本发明的锻造方法本发明的难变形高温合金锻件的锻造方法通过采用分步加热，使得零件存在温度梯度，零件表层温度较高，保证零件在与模具接触时零件表层一方面可以起到加热所接触模具的作用，另一方面起到阻隔锻件热流散失的作用，进而可以提高锻件整体温度均匀性。使终锻后能够得到均匀的组织，提高锻件质量的一致性、防止锻件开裂，提高锻件成品的合格率。
b)本发明的锻造方法通过精确控制各个步骤的温度、时间、变形量等工艺参数，保证了本发明的锻件的各部位变形量均匀，保证了能够制备出组织均匀的锻件。例如，本发明的锻件的不同部位平均晶粒度极差较小，锻件整体平均晶粒度极差≤0.5级；锻件整体的一致性好，并且锻件成品的合格率高(例如，锻件成品的合格率达到90％以上)，锻件成品质量高。
c)本发明的锻造方法中，模具的温度可以在350～500℃，即可保证锻件成品质量高。模具的成本较低。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的特征和优点从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明的实施例1的锻件的结构示意图；
图2为本发明的实施例1的锻件的上端面的组织示意图；
图3为本发明的实施例1的锻件的下端面的组织示意图；
图4为本发明的实施例1的锻件的中心的组织示意图；
图5为本发明的实施例2的锻件的组织示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本发明提供了一种难变形高温合金锻件的锻造方法，包括：
S1、将高温合金棒材料段加热至高温合金γ’相溶解温度附近，并进行第一段保温，保温时间20～60min；然后采用感应加热将高温合金棒材料段的外表面加热至高于高温合金γ’相溶解温度20～60℃,之后迅速转移至模具中进行镦饼，得到预制饼坯；
S2、将预制饼坯加热至低于高温合金γ’相溶解温度10～30℃，包钢套并进行第二段保温，保温时间20～50min；然后采用感应加热将预制饼坯的外表面加热至高于高温合金γ’相溶解温度,之后迅速转移至模具中进行终锻，得到高温合金锻件。
具体的，本发明的难变形高温合金锻件中的组分中的Al和Ti的质量百分比之和符合Al+Ti＞4.5％，难变形高温合金锻件的微观组织中的γ’相的含量＞40％。
具体的，上述S1中，高温合金γ’相溶解温度附近指的是(高温合金γ’相溶解温度+5℃)以内，或者(高温合金γ’相溶解温度-30℃)以内。
具体的，上述S1中，考虑到高温合金棒材料段的外表面高温部分厚度过大，第二相大量溶解，局部存在晶粒不均匀及粗晶现象。因此，控制采用感应加热将高温合金棒材料段的距离表面0.5～3mm厚度内加热至高于高温合金γ’相溶解温度。
具体的，上述S1中，第一段保温根据棒材料段的规格调整保温时间，保温时间使棒材料段能正好热透而且没有导致晶粒组织长大。例如，热透速度为0.5～1.5mm/min。
具体的，上述S1中，迅速转移至模具中是指控制转移时间在8s内，以减小转移过程中坯料的温降，防止锻坯表面温度降低。
具体的，上述S1中，考虑到感应加热处理的时间过长，会导致材料表面温度过高，锻件表层附近的组织不合格。因此，控制感应加热处理的时间在3～10s内。
具体的，上述S1中，感应加热处理的工艺参数控制：加热时间3～10s，加热深度0.5～3mm。
具体的，上述S1中，镦饼的变形量过大，饼坯的变形应力过大，锻件边缘和鼓肚处容易开裂。过小导致锻件变形不充分，变形不均匀。因此，控制镦饼的变形量在30％～60％范围内。
具体的，上述S1中，控制镦饼的时间是12s以内。
具体的，上述S2中，考虑到锻造温度太低合金变形抗力大，变形困难，动态再结晶不充分，材料组织性能不达标；温度太高，第二相大量溶解，存在晶粒不均匀甚至粗晶现象。因此，将预制饼坯加热至低于高温合金γ’相溶解温度10～30℃。例如加热至980℃～1180℃。
具体的，上述S2中，第二段保温的作用是使棒段均匀受热。考虑到温度过高，保温时间过长，会造成预制饼坯的组织长大粗化；因此，根据预制饼坯的规格调整保温时间，保温时间使预制饼坯能正好热透而且没有导致晶粒组织长大。例如，热透速度为0.5～1.5mm/min。
具体的，上述S2中，考虑到感应加热温度太低合金变形抗力大，变形困难，动态再结晶不充分，材料组织性能不达标；温度太高，第二相大量溶解，存在晶粒不均匀甚至粗晶现象。因此，采用感应加热将预制饼坯的外表面加热至高于高温合金γ’相溶解温度20～40℃。例如加热至1020℃～1200℃。
具体的，上述S2中，考虑到预制饼坯的外表面高温部分厚度过大，锻件表层附近的组织不合格；因此，控制将预制饼坯的距离表面0.5～3mm厚度内加热至高于高温合金γ’相溶解温度。
具体的，上述S2中，迅速转移至模具中是指控制转移时间在8s内，以减小转移过程中坯料的温降，防止锻造温度降低。
具体的，上述S2中，考虑到感应加热处理的时间过长，锻件的整体温度下降，批次的生产时间延长，不利于组批生产。因此，控制感应加热处理的时间在3～10s内。
具体的，上述S2中，感应加热处理加热时间3～10s，加热深度0.5～3mm。
具体的，上述S2中，终锻的变形量过大，锻件变形应力过大，锻件边缘处容易开裂。过小导致锻件变形不充分，变形不均匀。因此，控制终锻的变形量在45％～55％范围内。
具体的，上述S2中，控制终锻的时间为8s以内。
具体的，上述S1和S2中，模具的温度可以为350～500℃。
另一方面，本发明还提供了一种难变形高温合金锻件，采用上述的锻造方法制备得到。
具体的，上述方法中，温度允许有±5℃的误差。
与现有技术相比，本发明的难变形高温合金锻件的锻造方法通过采用分步加热，使得零件存在温度梯度，零件表层温度较高，保证零件在与模具接触时零件表层一方面可以起到加热所接触模具的作用，另一方面起到阻隔锻件热流散失的作用，进而可以提高锻件整体温度均匀性。使终锻后能够得到均匀的组织，提高锻件质量的一致性、防止锻件开裂，提高锻件成品的合格率。
本发明的锻造方法通过精确控制各个步骤的温度、时间、变形量等工艺参数，保证了本发明的锻件的各部位变形量均匀，保证了能够制备出组织均匀的锻件。例如，本发明的锻件的不同部位平均晶粒度极差较小，锻件整体平均晶粒度极差≤0.5级；锻件整体的一致性好，并且锻件成品的合格率高(例如，锻件成品的合格率达到90％以上)，锻件成品质量高。
本发明的锻造方法中，模具的温度可以在350～500℃，即可保证锻件成品质量高。模具的成本较低。实际生产中，模具的预热温度如果需要升高，模具的成本会大大增加，例如，若使用高温合金或者TZM模具，模具预热温度可以提高到950℃，而模具的成本增加3～15倍。
实施例1
本实施例提供了一种难变形高温合金锻件及其锻造方法，难变形高温合金锻件的组分为GH4720Li，形状为盘件。难变形高温合金锻件的γ’相溶解温度为1130℃左右。
锻造方法包括：
S1、将高温合金棒材料段加热至1130℃，并进行第一段保温，保温时间40min；然后采用感应加热在5s内将高温合金棒材料段的外表面2.5mm加热至1160℃,之后在6s内转移至模具中进行镦饼，得到预制饼坯；镦饼的变形量为55％，镦饼的时间为10s。
S2、将预制饼坯加热至1100℃，并进行第二段保温，保温时间50min；然后采用感应加热在5s内将预制饼坯的外表面2mm以内，加热至1140℃,之后在6s内转移至模具中进行终锻，得到涡轮盘坯；终锻变形量50％，终锻的时间为5s。
上述S1和S2中，模具的温度为400℃。
具体的，本实施例的锻件的外形图如图1所示，本实施例的锻件不同部位的组织如图2至图4所示，图2所示为实施例1的锻件的上端面的组织示意图，图3所示为实施例1的锻件的下端面的组织示意图，图4所示为实施例1的锻件的中心的组织示意图，平均晶粒度为10～10.5级，可见，本实施例的锻件不同部位平均晶粒度极差较小，锻件整体平均晶粒度极差≤0.5级；锻件整体的一致性好，锻件成品的合格率高(例如，合格率达到90％以上)、锻件成品质量高。
实施例2
本实施例提供了一种难变形高温合金锻件及其锻造方法，难变形高温合金锻件的组分GH4065A，形状为涡轮盘坯，难变形高温合金锻件的γ’相溶解温度为1110℃左右。
锻造方法包括：
S1、将高温合金棒材料段加热至1110℃，并进行第一段保温，保温时间30min；然后采用感应加热在4s内将高温合金棒材料段的外表面(距离表面1mm厚度内)加热至1140℃,之后在6s内转移至模具中进行镦饼，镦饼的变形量为45％，镦饼的时间为5s，得到预制饼坯；
S2、将预制饼坯加热至1090℃，并进行第二段保温，保温时间40min；然后采用感应加热在10s内将预制饼坯的外表面(距离表面1mm厚度内)加热至1125℃,之后在5s内转移至模具中进行预锻，得到终锻坯；终锻的变形量为55％，终锻的时间为3s。
上述S1和S2中，模具的温度为400℃。
具体的，本实施例的锻件的组织如图5所示，本实施例的锻件不同部位的平均晶粒度为10.5～11级，不同部位平均晶粒度极差较小，锻件整体平均晶粒度极差≤0.5级；锻件整体的一致性好，锻件成品的合格率高(例如，合格率达到90％以上)、锻件成品质量高。
发明人在研究中进行了大量的深入研究，现在将其中一些效果不好的方案作为对比例列举如下：
对比例1
本对比例提供了一种难变形高温合金锻件及其锻造方法，难变形高温合金锻件的组分与结构与实施例1相同，在此不再赘述。
锻造方法包括：
S1、将高温合金棒材料段加热至1140℃，包套后进行保温，保温时间80min；之后在25s内转移至模具中进行镦饼，得到预制饼坯；镦饼的变形量为55％，镦饼的时间为10s。
S2、将饼坯加热至1140℃，包套后进行保温，保温时间60min；之后在25s内转移至模具中进行预锻，得到终锻坯；终锻的变形量为50％时间为8s。
模具的温度为400℃。
具体的，本比例的锻件的不同部位的组织晶粒度差别较大，晶粒度级别8～10.5级。锻件整体的一致性差，锻件锻造过程中坯料易开裂，锻件成品的合格率低(例如，合格率40％以下)、锻件成品质量低。
对比例2
本对比例提供了一种难变形高温合金锻件及其锻造方法，难变形高温合金锻件的组分与结构与实施例1相同，在此不再赘述。
锻造方法包括：
S1、将高温合金棒材料段加热至1140℃，并进行第一段保温，保温时间80min；然后采用感应加热在10s内将高温合金棒材料段的外表面(距离表面1mm厚度内)加热至1170℃,之后在25s内转移至模具中进行镦饼，得到预制饼坯；镦饼的变形量为55％。镦饼的时间为10s。
S2、将预制饼坯加热至1110℃，并进行第二段保温，保温时间60min；然后采用感应加热在10s内将预制饼坯的外表面(距离表面1mm厚度内)加热至1140℃,之后在25s内转移至模具中进行预锻，得到预锻坯；预锻的变形量为70％，终锻的时间为7s。
模具的温度为400℃。
具体的，本对比例的锻件的不同部位的组织差异大，冷模组织区域大，锻件锻造过程中坯料开裂。锻件整体的一致性差，锻件成品的合格率低(例如，合格率40％以下)、锻件成品质量低。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种难变形高温合金锻件的锻造方法，其特征在于，包括：
S1、将高温合金棒材料段加热至高温合金γ’相溶解温度附近，并进行第一段保温；然后采用感应加热将高温合金棒材料段的距离表面0.5~3mm厚度内加热至高于高温合金γ’相溶解温度20~60℃,之后迅速转移至模具中进行镦饼，得到预制饼坯；
高温合金γ’相溶解温度附近指的是高温合金γ’相溶解温度+5℃以内，或者高温合金γ’相溶解温度-30℃以内；
S2、将预制饼坯加热至低于高温合金γ’相溶解温度10~30℃，包钢套并进行第二段保温；然后采用感应加热将预制饼坯的距离表面0.5~3mm厚度内加热至高于高温合金γ’相溶解温度,之后迅速转移至模具中进行终锻，得到高温合金锻件。
2.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，所述S1中，采用感应加热将高温合金棒材料段的距离表面0.5~2.5mm厚度内加热至高于高温合金γ’相溶解温度。
3.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，所述S1中，第一段保温根据棒材料段的规格调整保温时间，保温时间使棒材料段能正好热透而且没有导致晶粒组织长大。
4.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，所述S1中，迅速转移至模具中是指控制转移时间在8s内。
5.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，所述S1中，控制感应加热处理的时间在3~10s。
6.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，所述S1中，控制镦饼的变形量在30%~60%。
7.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，所述S1中，控制镦饼的时间在12s以内。
8.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，所述S2中，感应加热处理加热时间3~10s。
9.根据权利要求1至8任一项所述的锻造方法，其特征在于，所述S2中，控制终锻的变形量在45%~55%。
10.一种难变形高温合金锻件，其特征在于，所述难变形高温合金锻件采用权利要求1至9任一项所述的锻造方法制备。
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