CN102357633B - 镍基高温合金锻件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锻造工艺技术领域，是一种镍基高温合金锻件的制造方法，它包含以下步骤：①镍基高温合金原材料检验，包括化学成分的复验和钢锭表面的检查；②采用锯床锯切或斩刀热斩切的方法进行下料；③对钢锭进行加热；④开坯并进行锻造变形处理；⑤末二火次的锻造和最后火次的锻造；⑥粗加工；⑦热处理；⑧力学性能测试；⑨超声波探伤；⑩产品检验。本发明的制造方法使对镍基高温合金锻件的国产化生产制造取得成功，使我国对镍基高温合金的利用取得突破，使我们的产品能提高质量和档次，不仅能满足国内市场对高质量的汽轮机阀杆阀碟、各种规格的密封环以及航空领域重要零件的需求，还能提高国内企业在国际市场上的竞争能力。
Description
技术领域
本发明涉及锻造工艺技术领域，具体地说，是一种镍基高温合金锻件的制造方法。
背景技术
镍基高温合金（NiCr20TiAl）是以镍－铬为基体，添加铝、钛形成γ’相弥散强化的高温合金，使用温度700-800℃，在650-850℃具有良好的高温抗蠕变、抗松弛和抗氧化性能，目前主要用于百万等级超超临界汽轮机的阀杆阀碟、各种规格的密封环以及航空领域制造发动机转子叶片等重要零件的制造。镍基高温合金室温组织为奥氏体，其中铬的含量非常高，为得到较高的硬度值，其中钛和铝的含量一般接近上限值，是一种镍基超高温合金，具有很高的耐热性能。但是，由于高温下强度高，变形抗力很大，因此，就增加其锻造成形的难度（见附图2“镍基高温合金材料的拉伸曲线图”）。目前，镍基高温合金在锻件生产过程中的成熟工艺并不为业界所熟悉，只有极少数企业掌握这一技术。我国之前没有这种新材料锻造和热处理的工艺技术，因此，也没有相关的技术标准。
在此之前，我们在汽轮机阀杆阀碟、各种规格的密封环以及航空领域重要零件的制造上大都采用棒材直接加工成零件的制造方法，因此，除了造成大量无谓的钢材消耗外产品质量往往还得不到保证。有时就直接从国外进口，除了时间和金钱外，关键是由不得我们的企业做主。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍基高温合金锻件的制造方法，
用此方法可避免毛坯锻件的锻后热处理变形，减少制造工序，缩短生产周期，降低能耗，并为后续的产品生产提供可靠的依据。
研究得知：与一般镍基合金不同，镍基高温合金（NiCr20TiAl）随着温度的提高,其塑性呈明显下降的趋势，但是其抗拉强度和屈服强度的下降却不是很明显。因此，镍基高温合金塑变性差、变形抗力大的特征给热锻成形造成相当的困难。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种镍基高温合金锻件的制造方法，其特征是，包含以下步骤：
（1）原材料检验
镍基高温合金原材料检验，包括化学成分的复验和钢锭表面的检查；
（2）下料
采用锯床锯切或斩刀热斩切的方法进行；
（3）加热
对钢锭进行加热，其处理步骤为：
①将钢锭加热至≤300℃进炉，缓速加温至800℃, 时间不少于4小时；
②在钢锭达到800℃时进行保温，时间不少于3.8小时；
③然后进行快速升温，由800℃升温至1150℃，时间不少于3.8小时；
④在钢锭达到1130～1150℃时进行保温，时间不少于3.5小时；
⑤然后进行空冷；
通过加热处理使钢锭达到所要求的力学性能指标；
（4）开坯并进行锻造变形处理
初始阶段，将钢锭或钢坯加热至奥氏体组织状态进行镦拔锻造，锻造比达到≥3.5，始锻温度为1150℃，终锻温度为950℃；每次的加热时间≥1小时；
（5）锻造
① 末二火次的锻造，采用末二火次对锻坯进行分料，对各个截面预留20～25%的变形量以保证最后火次各截面的变形量，并在1150～950℃内有足够的锻造时间；
② 最后火次的锻造，将锻坯温度控制在1150℃并保证热透，采用拔长工序对锻坯各截面进行锻造，将锻坯锻至设定的锻件尺寸；在锻造杆部截面时，要轻锤击打并不断换位，避免锻坯因变形速度快、变形量大而引起的温升，使锻坯保持在1030～1000℃的温度范围，以免芯部开裂；
（6）粗加工
按粗加工图规定的尺寸对锻坯进行车削加工；
（7）热处理
热处理：固溶1060℃，保温8小时，空冷；
时效850℃，保温24小时，空冷；
沉淀硬化700℃，保温16小时，空冷；
（8）力学性能测试
按粗加工图的要求割取锻件端面的试样进行力学性能测试，测试指标包括：屈服强度、抗拉强度、延伸率、恰贝（V型缺口）冲击功、冲击功；
（9）超声波探伤（UT）
对通过力学性能测试的锻件进行超声波探伤，超声波探伤按EN10308-3质量等级3的规定进行；
（10）产品检验
检验合格后，产品就完成了。
在步骤（5）的锻造过程中，对钢锭进行2～3次镦拔，使锻造比达到工艺所需的3.5～4.0；使锻件整体锻透，组织均匀、致密并保证力学性能。
在步骤（5）②的锻造过程中，在钢锭变形之初须旋转轻击，待铸锭的组织被破碎、塑性有所改善和提高之后，再将加热温度提高10℃，这时可重锤打击，以加快变形速度和变形量。
在步骤（5）②的锻造过程中，最后火次的变形量要控制在20～25%之间，同时要控制变形速度，避免因变形过快而引起锻件温度升高。
本发明镍基高温合金锻件的制造方法的积极效果是：
（1）镍基高温合金（NiCr20TiAl）价格昂贵，其国产化生产制造的成功，不仅能满足国内市场对高质量的汽轮机阀杆阀碟、各种规格的密封环以及航空领域重要零件的需求，还能提高国内企业在国际市场上的竞争能力；
（2）减少了以往对特种钢材的大量消耗，降低了生产成本，也使我们的产品能提高质量和档次。
附图说明
图1为本发明镍基高温合金锻件的制造方法的流程框图；
图2为镍基高温合金材料的拉伸曲线图；
图3为镍基高温合金的加热规范图；
图4为镍基高温合金阀蝶阀杆锻件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图给出本发明镍基高温合金锻件的制造方法的具体实施方式，但是，本发明的实施不限于以下的实施例。
参见附图1。一种镍基高温合金锻件的制造方法，包含以下步骤，
（1）原材料检验
镍基高温合金原材料检验，包括化学成分的复验（按TLV952011）和钢锭表面的检查。
（2）下料
采用锯床锯切或斩刀热斩切的方法进行。
（3）加热
对钢锭进行加热，其处理步骤为（见附图3“镍基高温合金的加热规范图”）：
①将钢锭加热至≤300℃进炉，缓速加温至800℃，时间为4小时；
②在钢锭达到800℃时进行保温，保温3.8小时；
③然后进行快速升温，由800℃升温至1150℃，时间为3.8小时；
④在钢锭达到1130～1150℃时进行保温，保温3.5小时；
⑤然后进行空冷；
通过加热处理使钢锭达到所要求的力学性能指标。
（4）开坯并进行锻造变形处理
初始阶段，将钢锭或钢坯加热至奥氏体组织状态进行镦拔锻造，锻造比达到≥3.5，始锻温度为1150℃，终锻温度为950℃；每次的加热时间≥1小时。
（5）锻造
① 末二火次的锻造，采用末二火次对锻坯进行分料，对各个截面预留20～25%的变形量以保证最后火次各截面的变形量，并在1150～950℃内有足够的锻造时间；
② 最后火次的锻造，将锻坯温度控制在1150℃并保证热透，采用拔长工序对锻坯各截面进行锻造，将锻坯锻至设定的锻件尺寸；注意：在锻造杆部截面时，要轻锤击打并不断换位，避免锻坯因变形速度快和变形量大而引起的温升，使锻坯保持在1030～1000℃的温度范围，以免芯部开裂。
在步骤（5）②的锻造过程中，需要对钢锭进行2或3次镦拔，使锻造比达到工艺所需的3.5～4.0，使锻件整体锻透，组织均匀、致密并保证力学性能。
在步骤（5）②的锻造过程中，在钢锭变形之初须旋转轻击，待铸锭的组织被破碎、塑性有所改善和提高之后，再将加热温度提高10℃，这时可重锤打击，以加快变形速度和变形量。
在步骤（5）②的锻造过程中，最后火次的变形量要控制在20～25%之间，同时要控制变形速度，避免因变形过快而引起锻件温度升高。锻造变形最后阶段的温度及冷却速度决定着晶粒的大小尺寸，并影响到镍基高温合金阀蝶阀杆锻件（见附图4）的力学性能等。
（6）粗加工
按粗加工图规定的尺寸对锻坯进行车削加工。
（7）热处理
热处理：固溶1060℃，保温8小时，空冷；
时效850℃，保温24小时，空冷；
沉淀硬化700℃，保温16小时，空冷。
（8）力学性能测试
按粗加工图的要求割取锻件端面的试样进行力学性能测试，测试指标包括：屈服强度、抗拉强度、延伸率、恰贝（V型缺口）冲击功、冲击功。
（9）超声波探伤（UT）
对通过力学性能测试的锻件进行超声波探伤，超声波探伤按EN10308-3质量等级3的规定进行。
（10）产品检验
检验合格后，产品就完成了。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种镍基高温合金锻件的制造方法，所述镍基高温合金为NiCr20TiAl合金，其特征在于，包含以下步骤：
（1）原材料检验
镍基高温合金原材料检验，包括化学成分的复验和钢锭或钢坯表面的检查；
（2）下料
采用锯床锯切或斩刀热斩切的方法进行；
（3）加热
对钢锭或钢坯进行加热，其处理步骤为：
①将钢锭或钢坯加热至≤300℃进炉，缓速加温至800℃，时间不少于4小时；
②在钢锭或钢坯达到800℃时进行保温，时间不少于3.8小时；
③然后进行快速升温，由800℃升温至1150℃，时间不少于3.8小时；
④在钢锭或钢坯达到1130～1150℃时进行保温，时间不少于3.5小时；
⑤然后进行空冷；
通过加热处理使钢锭或钢坯达到所要求的力学性能指标；
（4）开坯并进行锻造变形处理
初始阶段，将钢锭或钢坯加热至奥氏体组织状态进行镦拔锻造，锻造比达到≥3.5，始锻温度为1150℃，终锻温度为950℃；每次的加热时间≥1小时；
（5）锻造
① 末二火次的锻造，采用末二火次对锻件进行分料，对各个截面预留20～25%的变形量以保证最后火次各截面的变形量，并在1150～950℃内有足够的锻造时间；
② 最后火次的锻造，将锻件温度控制在1150℃并保证热透，采用拔长工序对锻件各截面进行锻造，将锻件锻至设定的锻件尺寸；在锻造杆部截面时，要轻锤击打并不断换位，避免锻件因变形速度快、变形量大而引起的温升，使锻件保持在1030～1000℃的温度范围，以免芯部开裂；
（6）粗加工
按粗加工图规定的尺寸对锻件进行车削加工；
（7）热处理
热处理：固溶1060℃，保温8小时，空冷；
时效850℃，保温24小时，空冷；
沉淀硬化700℃，保温16小时，空冷；
（8）力学性能测试
按粗加工图的要求割取锻件端面的试样进行力学性能测试，测试指标包括：屈服强度、抗拉强度、延伸率、恰贝冲击功、冲击功；
（9）超声波探伤
对通过力学性能测试的锻件进行超声波探伤，超声波探伤按EN10308质量等级3的规定进行；
（10）产品检验
检验合格后，产品就完成了。
2. 根据权利要求1所述的镍基高温合金锻件的制造方法，其特征在于，在步骤（5）②的锻造过程中，最后火次的变形量要控制在20～25%之间，同时要控制变形速度，避免因变形过快而引起锻件温度升高。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20131106 Termination date: 20210927 |