CN117444121A - 一种镍基合金机匣制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镍基合金机匣制造方法，包括正交实验步骤：坯料边缘取样，边缘向中心取样；样品加热保温，固溶后检测样品晶粒度；确定锻造温度；样品切取试样，试样按不同变形量镦粗后热处理，检测试样晶粒度；确定锻造变形量；镦粗冲孔步骤：坯料加热至锻造温度，镦粗冲孔；终锻温度为：950℃；空冷至室温；扩孔锻造步骤：坯料加热至锻造温度，扩孔；坯料扩孔变形量为锻造变形量；终锻温度为：950℃；空冷至室温；终轧锻造步骤：坯料加热至锻造温度，轧制；坯料轧制变形量为锻造变形量；终锻温度≥950℃；空冷至室温形成产品。解决现有方案中选取锻造温度较低，容易产生锻造裂纹和锻造变形量较小，锻造火次较多的问题。
Description
技术领域
本发明涉及锻造方法领域，尤其涉及一种镍基合金机匣制造方法。
背景技术
镍基合金机匣是民用航空发动机最重要的零件之一，对产品的组织及性能均匀性要求极高，镍基合金机匣存在出坯困难，材料极易开裂的问题，且镍基合金对动态再结晶的条件要求极为苛刻，如果控制不当,极易造成混晶和粗晶。
传统的镍基合金机匣制造参数(主要是温度及变形量)是基于经验判断，通常选取的制造参数具有局限性。第一、选取温度一般较低，通常为固溶温度及固溶温度以下，采用此类参数时，由于加热温度较低，所需设备吨位较大，设备吨位一般从2万吨到4万吨不等，急剧增加生产成本，锻造时容易产生裂纹，产品报废风险大，动态再结晶不充分，产品极易产生混晶导致产品让步接受或者报废。第二、选取的变形量较小，使得产品火次较多，也在一定程度上增加生产成本。如何解决这个问题变得至关重要。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种镍基合金机匣制造方法，以解决现有技术中选取的锻造温度较低，锻造时设备吨位较大，容易产生锻造裂纹和锻造变形量较小，使得锻造火次较多的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种镍基合金机匣制造方法；
包括以下步骤：
正交实验步骤：沿坯料边缘依次取样，之后从边缘向中心依次取样；将样品加热保温，之后固溶后检测样品晶粒度；通过样品晶粒度确定锻造温度；
将样品切取试样，将试样按不同变形量镦粗后热处理，检测试样晶粒度；通过试样晶粒度确定锻造变形量；
镦粗冲孔步骤：将坯料加热至锻造温度，之后镦粗冲孔；终锻温度为：950℃；之后空冷至室温；
扩孔锻造步骤：将坯料加热至锻造温度，之后扩孔；坯料扩孔变形量为锻造变形量；终锻温度为：950℃；之后空冷至室温；
终轧锻造步骤：将坯料加热至锻造温度，之后轧制；坯料轧制变形量为锻造变形量；终锻温度≥950℃；之后空冷至室温形成产品。
进一步的技术方案为：正交实验步骤中：取样路径中取样面积密度为：10-15％；取样形状的棱角位置圆弧过度。
进一步的技术方案为：正交实验步骤中：样品按保温时间分为若干组；单组中若干样品按不同温度加热。
进一步的技术方案为：正交实验步骤中：试样按加热温度分为若干组；单组中若干试样按不同变形量进行锻压，之后试样进行热处理。
进一步的技术方案为：镦粗锻造步骤中：坯料尺寸为：Φ230×269mm；将坯料加热至锻造温度：1080-1100℃；之后镦粗冲孔至Φ440×Φ180±5×75±5mm；终锻温度为：950℃；之后空冷至室温。
进一步的技术方案为：扩孔锻造步骤中：将坯料加热至锻造温度；之后扩孔至Φ468×Φ240±5×70±5mm；坯料扩孔变形量为锻造变形量；终锻温度为：950℃；之后空冷至室温。
进一步的技术方案为：终轧锻造步骤中：将坯料加热至锻造温度；之后轧制至Φ502±5×Φ300±5×70±5mm；坯料轧制变形量为锻造变形量；终锻温度≥950℃；之后空冷至室温形成产品。
进一步的技术方案为：镦粗冲孔步骤中根据总变形量、冲孔直径和坯料直径确定镦粗冲孔的加工过程：
第一次加工过程：对坯料进行镦粗；
第n次加工过程：对坯料进行镦粗；
第一次加工过程至第n次加工过程中分别进行镦粗或冲孔的加工过程。
进一步的技术方案为：镦粗冲孔的加工过程中坯料温度每下降10-15％，加入一次加热过程。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：(1)通过正交实验步骤进行取样实验，得到合理的锻造温度和变形量。后续扩孔锻造步骤和终轧锻造步骤中应用得到的锻造温度和变形量数值，使得锻造温度是要高于固溶温度的，促进金属位错滑移及攀移，金属原子的激活能提升，动态再结晶效果明显。同时降低了设备的吨位，有效降低裂纹产生的可能性，保证了组织的均匀性。同时变形量也是提高了，促进了坯料动态再结晶，减少了锻造的火次；(2)为了消除取样过程中对样品或试样的影响，样品或试样若是存在棱角位置需要进行圆弧过度。防止在取样过程中样品或试样出现裂纹，从而影响试验结果；(3)通过将锻造炉预先加热，缩短了坯料的受热时间。通过将坯料在较短时间内加热至900℃，使得坯料可以在较短的时间内完成受热。通过将坯料分别缓慢加热至500℃和1080-1100℃，使得坯料在这两个阶段可以均匀受热，使得坯料内外温度分布均匀，使得坯料组织的一致性。
附图说明
图1示出了本发明实施例镍基合金机匣制造方法的流程图。
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，以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的装置作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
图1示出了本发明实施例镍基合金机匣制造方法的流程图。结合图1所示，本发明公开了一种镍基合金机匣制造方法。
镍基合金机匣制造方法，包括以下步骤：
正交实验步骤：沿坯料边缘依次取样，之后从边缘向中心依次取样。将样品加热保温，之后固溶后检测样品晶粒度。通过样品晶粒度确定锻造温度。
将坯料切取试样，将试样按不同变形量镦粗后热处理，检测试样晶粒度。通过试样晶粒度确定锻造变形量。
镦粗冲孔步骤：将坯料加热至锻造温度，之后镦粗冲孔。终锻温度为：950℃。之后空冷至室温。
扩孔锻造步骤：将坯料加热至锻造温度，之后扩孔。坯料扩孔变形量为锻造变形量。终锻温度为：950℃。之后空冷至室温。
终轧锻造步骤：将坯料加热至锻造温度，之后轧制。坯料轧制变形量为锻造变形量。终锻温度≥950℃。之后空冷至室温形成产品。
正交实验步骤中先沿着坯料边缘依次取样若干，之后从坯料边缘向中心依次取样若干。将样品标记，方便实验记录。
正交实验步骤中：样品按保温时间分为若干组。单组中若干样品按不同温度加热。
将沿着坯料边缘依次取样若干，分别标记为A-1至A-12。将坯料边缘向中心依次取样若干，分别标记为A-13和A-14。样品A-1至A-14分别标注好检测面。样品A-1至A-14分别按表1中进行分组，进行加热和保温。样品分别经过加热、保温和固溶之后，在样品的检测面检测样品的晶粒度。
正交实验步骤中：试样按加热温度分为若干组。单组中若干试样按不同变形量进行锻压，之后试样进行热处理。
在坯料中取样若干，取样位置均匀分布。分别标记为B-1至B-12。试样B-1至B-12分别按表2中进行分组，进行加热、镦粗和热处理。试样经过热处理之后，在试样芯部取样检测晶粒度。
通过表1和表2的正交实验得出，坯料在1055≤温度＜1065℃的范围内，变形量在8-15％之间，坯料的组织最优。
相比于传统的较低的锻造温度，通常为固溶温度或固溶温度以下，其目的是防止晶粉过分长大，变形位错移动困难，导致变形抗力增大。由于锻造温度低，也就相应导致了变形量较低。
通过正交实验步骤进行取样实验，得到合理的锻造温度和变形量。后续扩孔锻造步骤和终轧锻造步骤中应用得到的锻造温度和变形量数值，使得锻造温度是要高于固溶温度的，促进金属位错滑移及攀移，金属原子的激活能提升，动态再结晶效果明显。同时降低了设备的吨位，有效降低裂纹产生的可能性，保证了组织的均匀性。同时变形量也是提高了，促进了坯料动态再结晶，减少了锻造的火次。
表1
表2
正交实验步骤中：取样路径中取样面积密度为：10-15％。取样形状为产品形状的仿形。取样形状的棱角位置圆弧过度。
为了保证取样试验和坯料的一致性，取样的面积需要占坯料面积的10-15％。
为了消除取样过程中对样品或试样的影响，样品或试样若是存在棱角位置需要进行圆弧过度。防止在取样过程中样品或试样出现裂纹，从而影响试验结果。
镦粗锻造步骤中：坯料尺寸为：Φ230×269mm。将坯料加热至锻造温度：1080-1100℃。之后镦粗冲孔至Φ440×Φ180±5×75±5mm。终锻温度为：950℃。之后空冷至室温。
镦粗锻造步骤中，锻造炉先进行预热，锻造炉快速预热至350℃之后加入坯料预热时间为1h。之后锻造炉缓慢加热至500℃，加热时间为1.5h。之后锻造炉快速加热至900℃，加热时间为1h。最后锻造炉缓慢加热至1080-1100℃，加热时间为2h。
通过将锻造炉预先加热，缩短了坯料的受热时间。通过将坯料在较短时间内加热至900℃，使得坯料可以在较短的时间内完成受热。通过将坯料分别缓慢加热至500℃和1080-1100℃，使得坯料在这两个阶段可以均匀受热，使得坯料内外温度分布均匀，使得坯料组织的一致性。
扩孔锻造步骤中：将坯料加热至锻造温度。之后扩孔至Φ468×Φ240±5×70±5mm。坯料扩孔变形量为锻造变形量。终锻温度为：950℃。之后空冷至室温。
终轧锻造步骤中：将坯料加热至锻造温度。之后轧制至Φ502±5×Φ300±5×70±5mm。坯料轧制变形量为锻造变形量。终锻温度≥950℃。之后空冷至室温形成产品。
镦粗锻造步骤中坯料的变形量较大，镦粗锻造步骤是为了坯料的基本成型。其变形量和锻造温度并不适用正交实验步骤中得到的变形量和锻造温度。
扩孔锻造步骤和终轧锻造步骤为坯料的扩孔和轧制锻造，其对变形量和锻造温度存在要求。
扩孔锻造步骤和终轧锻造步骤中变形量存在负相关的关系。当扩孔锻造步骤中变形量较大时，终轧锻造步骤中变形量就较小。当扩孔锻造步骤中变形量较小时，终轧锻造步骤中变形量就较大。
扩孔锻造步骤和终轧锻造步骤中锻造温度与变形量正相关。当变形量较大时，锻造温度相应的提高。当变形量较小时，锻造温度相应的降低。
扩孔锻造步骤中：将坯料加热至锻造温度1055-1065℃。之后扩孔至Φ468×Φ240±5×70±5mm。坯料扩孔变形量为锻造变形量8-15％。终锻温度为：950℃。之后空冷至室温。
终轧锻造步骤中：将坯料加热至锻造温度1055-1065℃。之后轧制至Φ502±5×Φ300±5×70±5mm。坯料轧制变形量为锻造变形量8-15％。终锻温度≥950℃。之后空冷至室温形成产品。
镦粗冲孔步骤中根据总变形量、冲孔直径和坯料直径确定镦粗冲孔的加工过程：
第一次加工过程：对坯料进行镦粗。
第n次加工过程：对坯料进行镦粗。
第一次加工过程至第n次加工过程中分别进行镦粗或冲孔的加工过程。
镦粗冲孔步骤中坯料从Φ230×269mm镦粗冲孔至Φ440×Φ180±5×75±5mm，并不是一次镦粗冲孔就可以实现的，需要通过反复的镦粗和冲孔才能达到需要的尺寸。
镦粗冲孔的加工过程又多次的加工过程所组成，多次加工过程中第一次的加工过程和最后一次的加工过程均是进行镦粗。在第一次的加工过程和最后一次的加工过程之间进行镦粗和冲孔的组合，组合形式通过镦粗冲孔步骤中坯料的总变形量，坯料冲孔的孔径和坯料的直径确定。
通过镦粗冲孔步骤中坯料的总变形量确定加工过程的次数。镦粗冲孔步骤中坯料的总变形量越大，加工过程的次数就越多。
通过镦粗冲孔步骤中坯料的孔径确定冲孔的次数。镦粗冲孔步骤中坯料的孔径越大，冲孔的加工过程的次数就越多。
通过镦粗冲孔步骤中坯料的直径确定镦粗的次数。镦粗冲孔步骤中坯料的直径越大，镦粗的加工过程的次数就越多。
镦粗冲孔的加工过程中坯料温度每下降10-15％，加入一次加热过程。
当镦粗冲孔的加工过程次数较多时，坯料在加工过程中会出现温度下降的情况，若是温度较低会影响镦粗冲孔的质量，会产生穿晶扩展的裂纹。
当坯料温度低于1080-1100℃在10-15％之后，就需要通过加热过程将坯料加热至1080-1100℃。当坯料温度再次低于1080-1100℃在10-15％之后，重复上述步骤。
镦粗锻造步骤中：坯料尺寸为：Φ230×269mm。将坯料加热至锻造温度：1080-1100℃。
镦粗冲孔步骤中根据总变形量、冲孔直径和坯料直径确定镦粗冲孔的加工过程：
第一次加工过程：对坯料进行镦粗。
第二次加工过程：对坯料进行冲孔。
第三次加工过程：对坯料进行镦粗。
加热过程：将坯料加热至锻造温度：1080-1100℃。
第四次加工过程：对坯料进行冲孔。
第五次加工过程：对坯料进行镦粗至Φ440×Φ180±5×75±5mm。
终锻温度为：950℃。之后空冷至室温。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种镍基合金机匣制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
正交实验步骤：沿坯料边缘依次取样，之后从边缘向中心依次取样；将样品加热保温，之后固溶后检测样品晶粒度；通过样品晶粒度确定锻造温度；
将样品切取试样，将试样按不同变形量镦粗后热处理，检测试样晶粒度；通过试样晶粒度确定锻造变形量；
镦粗冲孔步骤：将坯料加热至锻造温度，之后镦粗冲孔；终锻温度为：950℃；之后空冷至室温；
扩孔锻造步骤：将坯料加热至锻造温度，之后扩孔；坯料扩孔变形量为锻造变形量；终锻温度为：950℃；之后空冷至室温；
终轧锻造步骤：将坯料加热至锻造温度，之后轧制；坯料轧制变形量为锻造变形量；终锻温度≥950℃；之后空冷至室温形成产品。
2.如权利要求1所述的镍基合金机匣制造方法，其特征在于：正交实验步骤中：取样路径中取样面积密度为：10-15％；取样形状的棱角位置圆弧过渡。
3.如权利要求2所述的镍基合金机匣制造方法，其特征在于：正交实验步骤中：样品按保温时间分为若干组；单组中若干样品按不同温度加热。
4.如权利要求3所述的镍基合金机匣制造方法，其特征在于：正交实验步骤中：试样按加热温度分为若干组；单组中若干试样按不同变形量进行锻压，之后试样进行热处理。
5.如权利要求1所述的镍基合金机匣制造方法，其特征在于：镦粗锻造步骤中：坯料尺寸为：Φ230×269mm；将坯料加热至锻造温度：1080-1100℃；之后镦粗冲孔至Φ440×Φ180±5×75±5mm；终锻温度为：950℃；之后空冷至室温。
6.如权利要求5所述的镍基合金机匣制造方法，其特征在于：扩孔锻造步骤中：将坯料加热至锻造温度；之后扩孔至Φ468×Φ240±5×70±5mm；坯料扩孔变形量为锻造变形量；终锻温度为：950℃；之后空冷至室温。
7.如权利要求6所述的镍基合金机匣制造方法，其特征在于：终轧锻造步骤中：将坯料加热至锻造温度；之后轧制至Φ502±5×Φ300±5×70±5mm；坯料轧制变形量为锻造变形量；终锻温度≥950℃；之后空冷至室温形成产品。
8.如权利要求1所述的镍基合金机匣制造方法，其特征在于：镦粗冲孔步骤中根据总变形量、冲孔直径和坯料直径确定镦粗冲孔的加工过程：
第一次加工过程：对坯料进行镦粗；
第n次加工过程：对坯料进行镦粗；
第一次加工过程至第n次加工过程中分别进行镦粗或冲孔的加工过程。
9.如权利要求8所述的镍基合金机匣制造方法，其特征在于：镦粗冲孔的加工过程中坯料温度每下降10-15％，加入一次加热过程。
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