CN117798314A - 一种gh4169盘类锻件的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锻造及模具设计领域，具体涉及一种GH4169盘类锻件的锻造方法。该方法包括：下料；在加热炉中加热至锻造温度；同时加热第一胎模和第二胎模；第一胎模上表面中间设置有凹槽面；第二胎模结构为环状结构；进行第一火镦粗：将加热完成后的棒料垂直放置于加热完成后的第一胎模上，进行棒材镦粗，得到第一火坯料，第一火坯料下表面因凹槽面形成小凸起；进行第二火镦粗：将第一火坯料平面向下进入加热炉加热，将第一火坯料放置于第二胎模型槽内部，进行镦粗，得到坯料；在此过程中，第二胎模型面与坯料接触对坯料外圆区域进行约束，使得坯料在三向压应力下变形量更加均匀；将坯料垫起空冷至室温。
Description
技术领域
本发明涉及锻造及模具设计领域，具体涉及一种GH4169盘类锻件的锻造方法。
背景技术
某航空发动机用盘形锻件，材料为GH4169，锻件直径约650mm，锻件厚度约75mm。锻件为Ⅰ类锻件，性能和组织要求高，锻件要求平均晶粒度应为10级或更细，无损检测要求探伤AA级。对于此类锻件，常规锻造利用自由锻镦粗进行制荒，再进行模锻来实现。
由于GH4169工艺窗口窄，变形抗力大的特性，常出现变形不均匀的现象，同时因锻件局部与锤砧，接触出现热传递，锻件表面温度过低，出现冷模层。在冷模层和小变形量的综合作用下，锻件局部组织和性能不合格。为了提高锻件的合格率，需要设计合理荒形，保证模锻时各部位变形均匀的同时，加大投料重量，加大锻件的加工余量，借助仿真模拟软件，优化锻坯外形尺寸，调整小变形区和冷模层位置，最终机加去除。这种方法解决了锻件合格率问题，但是增加了原材料消耗，导致锻件制造成本增加，制造周期长。
发明内容
发明目的：为了提高锻件合格率的同时降低锻件原材料消耗，提高锻件的生产效率，降低锻件的生产成本，缩短锻件的生产周期。
技术方案：
本发明提供一种GH4169盘类锻件的锻造方法，包括：
下料；
在加热炉中加热至锻造温度；同时加热第一胎模和第二胎模；第一胎模上表面中间设置有凹槽面；第二胎模结构为环状结构；
进行第一火镦粗：将加热完成后的棒料垂直放置于加热完成后的第一胎模上，进行棒材镦粗，得到第一火坯料，第一火坯料下表面因凹槽面形成小凸起；
进行第二火镦粗：将第一火坯料平面向下进入加热炉加热，将第一火坯料放置于第二胎模型槽内部，进行镦粗，得到坯料；在此过程中，第二胎模型面与坯料接触对坯料外圆区域进行约束，使得坯料在三向压应力下变形量更加均匀；
将坯料垫起空冷至室温。
进一步的，所述方法还包括：
对坯料采用车床加工定位盲孔；铣床加工上下表面；
对坯料进行探伤检测；
将探伤合格后的锻件进行加热模锻；
经水冷50～80s后空冷至室温的锻件进行热前机加工；
将加工后的锻件进行时效处理。
进一步的，第一胎模中间带有凹槽面(X12)；凹槽面(X12)为圆弧面；凹槽面(X12)直径D1为原材料棒料直径的0.5～0.7倍；凹槽(X12)深度H1为直径的0.25～0.3倍。
进一步的，第一胎模还带有一个型面(X11)；型面(X11)中心开设上述凹槽面(X12)；型面(X11)为一个圆形的台阶盲孔；型面(X11)的直径D2比原材料棒料直径大4～10毫米，深度H2为2～5毫米。
进一步的，第二胎模的中心孔为锥孔，锥孔与自身中心轴的夹角为3°。
进一步的，第二胎模型腔的小端头直径D3为设计荒形直径的1.015倍，第二胎模型腔高度为设计荒形高度的1.018倍。
进一步的，第一火镦粗之前，所述方法还包括：
在第一胎模上表面铺有一层硅酸铝保温棉；在棒料上端面铺一层硅酸铝保温棉；
第二火镦粗之前，所述方法还包括：
在下锤砧上表面铺有一层硅酸铝保温棉；在第一火坯料上端面铺一层硅酸铝保温棉。
进一步的，模锻之前加热过程中，仅需对坯料进行硅酸铝保温棉包裹。
进一步的，第二胎模最小壁厚需大于180mm。
有益效果：用此方法得到的锻件，锻件材料利用率得到了大幅提高了，并且锻件合格率高，锻件质量稳定，生产周期短，成本低。
1.设计一种中空的胎模，将坯料与镦粗模具的接触面积减小，避免坯料端面出现小变形区和冷模层重合的现象，提高了坯料温度，避免了锻件因此导致的局部组织不合格现象。2.设计了一种镦粗环形模具，使得坯料在镦粗阶段形成三向压力状态下，提高锻件自由锻过程的变形量均匀度。
附图说明
图1为第一胎模的结构示意图。
图2为第二胎模的结构示意图。
图3为设计荒形的结构示意图。
图4为实施例的锻件显微组织图。
具体实施方式
提供了一种GH4169盘类锻件的锻造方法，具体过程如下：
步骤1：下料，首先将直径250，长度410的原材料棒料两端头棱角倒圆至R15。
步骤2：随后在加热炉中加热至锻造温度。同时，将第一胎模1和第二胎模2也进行加热，加热温度150～250℃。
步骤3：进行第一火镦粗：第一胎模(图1)上表面铺有一层硅酸铝保温棉，将棒料垂直放置于加热完成后的第一胎模上的型腔面X11上。在棒料上端面铺一层硅酸铝保温棉，进行坯料的镦粗，压至高度203mm时停止。其中，锻造温度1000℃，压制速度5mm/s。
步骤4：进行第二火镦粗，将坯料平面向下进入加热炉加热，使用第二胎模(图2)进行镦粗，将坯料放置于第二胎模型槽内部，坯料上、下平面均铺有一层硅酸铝保温棉，然后进行坯料的镦粗，压至坯料高度为115时停止。在此过程中，胎模型面X21与坯料接触对坯料外圆区域进行约束，使得坯料在三向压应力下变形量更加均匀。
步骤5：将坯料垫起空冷至室温。采用车床加工定位盲孔；铣床加工上下表面。
步骤6：对坯料进行探伤检测；探伤方法为接触法。
步骤7：将探伤合格后的锻件，进行加热。加热过程中对坯料进行硅酸铝保温棉包裹。加热完成后进行模锻；其中，锻造温度990℃，压制速度3mm/s。
步骤8：将经水冷50～80s后空冷至室温的锻件进行热前机加工。
步骤9：将加工后的锻件进行时效处理。
步骤10：将热处理完成后的锻件进行宏观组织、微观组织及性能检测。
所述步骤3中的第一胎模为中间带有凹槽面X12的模具；进一步的，为了降低胎模受力集中，凹槽X12为圆弧面；凹槽面X12直径D1为原材料棒料直径的0.5～0.7倍；凹槽X12深度H1为直径的0.25～0.3倍。
进一步的，第一胎模还带有一个型面X11。
进一步的，型面X11为一个圆形的台阶盲孔。进一步的，型面X11的直径D2比原材料棒料直径大4～10毫米，深度H2为2～5毫米。第一胎模选用的原材料为模具钢。
所述步骤4中第二胎模为中间带有通孔的环形模具，胎模型腔X21面为与模具底面成87°的锥形面；
进一步的，第二胎模型腔面X21的小端头的直径D3为荒形(图3)直径的1.015倍，第二胎模高度为荒形高度的1.018倍。
进一步的，第二胎模最小壁厚需大于180mm。第二胎模选用的原材料为模具钢。
荒形为经过模拟优化设计的，变形量分布均匀的荒形。所述荒形在模锻过程中的变形量在30％～70％之间。
实施例1
某航空发动机用整体叶盘锻件，材料为GH4169，锻件直径650mm，锻件厚度约75mm，锻件批量5件。
下料，首先将直径250，长度410的原材料棒料两端头棱角倒圆至R15。随后在加热炉中加热至锻造温度。同时将第一胎模和第二胎模也进行加热，加热温度250℃。进行第一火镦粗，将加热完成后的棒料垂直放置于加热完成后的第一胎模上，第一胎模上表面铺有一层硅酸铝保温棉，将棒料垂直放置于第一胎模上的型腔面X11上。在棒料上端面铺一层硅酸铝保温棉，进行坯料的镦粗，压至高度203时停止。其中，锻造温度1000℃，压制速度5mm/s。
第二火镦粗，将坯料平面向下进入加热炉加热，使用第二胎模进行镦粗，将坯料放置于第二胎模型槽内部，棒料上、下平面均铺有一层硅酸铝保温棉，然后进行坯料的镦粗，压至坯料高度为115时停止。在此过程中，胎模型面X21与坯料接触对坯料外圆区域进行约束，使得坯料在三向压应力下变形量更加均匀。将坯料垫起空冷至室温。采用车床加工定位盲孔；铣床加工上下表面。
对坯料进行探伤检测；探伤方法为接触法。将探伤合格后的锻件，进行加热。加热过程中对坯料进行硅酸铝保温棉包裹。加热完成后进行模锻；其中，锻造温度990℃，压制速度3mm/s。将经水冷50s后空冷至室温的锻件进行热前机加工。将加工后的锻件进行时效处理。
将热处理完成后的锻件进行宏观组织、微观组织及性能检测，其锻件显微组织如图4所示。
锻件合格率提高至100％，由棒料到锻件材料利用率提高了10％，提高了锻件的和合格率，降低了锻件生产的原材料成本，保证了锻件质量的批产稳定性，锻件的生产效率大幅提高，同时缩短了锻件的生产周期。
Claims (9)
1.一种GH4169盘类锻件的锻造方法，其特征在于，包括：
下料；
在加热炉中加热至锻造温度；同时加热第一胎模和第二胎模；第一胎模上表面中间设置有凹槽面；第二胎模结构为环状结构；
进行第一火镦粗：将加热完成后的棒料垂直放置于加热完成后的第一胎模上，进行棒材镦粗，得到第一火坯料，第一火坯料下表面因凹槽面形成小凸起；
进行第二火镦粗：将第一火坯料平面向下进入加热炉加热，将第一火坯料放置于第二胎模型槽内部，进行镦粗，得到坯料；在此过程中，第二胎模型面与坯料接触对坯料外圆区域进行约束，使得坯料在三向压应力下变形量更加均匀；
将坯料垫起空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对坯料采用车床加工定位盲孔；铣床加工上下表面；
对坯料进行探伤检测；
将探伤合格后的锻件进行加热模锻；
经水冷50～80s后空冷至室温的锻件进行热前机加工；
将加工后的锻件进行时效处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一胎模中间带有凹槽面(X12)；凹槽面(X12)为圆弧面；凹槽面(X12)直径D1为原材料棒料直径的0.5～0.7倍；凹槽(X12)深度H1为直径的0.25～0.3倍。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第一胎模还带有一个型面(X11)；型面(X11)中心开设上述凹槽面(X12)；型面(X11)为一个圆形的台阶盲孔；型面(X11)的直径D2比原材料棒料直径大4～10毫米，深度H2为2～5毫米。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二胎模的中心孔为锥孔，锥孔与自身中心轴的夹角为3°。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二胎模型腔的小端头直径D3为设计荒形直径的1.015倍，第二胎模型腔高度为设计荒形高度的1.018倍。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一火镦粗之前，所述方法还包括：
在第一胎模上表面铺有一层硅酸铝保温棉；在棒料上端面铺一层硅酸铝保温棉；
第二火镦粗之前，所述方法还包括：
在下锤砧上表面铺有一层硅酸铝保温棉；在第一火坯料上端面铺一层硅酸铝保温棉。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，模锻之前加热过程中，仅需对坯料进行硅酸铝保温棉包裹。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二胎模最小壁厚需大于180mm。
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