CN104480415A - 一种难变形高温合金gh141冷拔材加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种难变形高温合金GH141冷拔材加工工艺，一方面通过控制冷拔坯料的组织和冷拔减面量，采取特殊工艺减小冷拔后棒材内部的应力；另一方面通过采用合理的热处理工艺，获得良好使用性能。本发明采用以下技术方案：1.控制冷拔材坯料内部组织；2.软化退火处理；3.选择合理的冷拔减面量；4.冷拔后采用两种不同的矫直工艺；5.选择合理的热处理工艺。本发明的优点在于：控制坯料组织均匀，晶粒细小，可有效减少裂纹产生倾向；软化退火降低冷拔坯料的硬度；通过矫直有效减小冷拔后棒材内部的应力；采用合理的热处理工艺，冷拔棒材的室温塑性断后伸长率25%，断面收缩率22%，760℃高温拉伸塑性断后伸长率34%，断面收缩率36%，性能良好。
Description
技术领域
本发明属于金属材料冷拔加工领域，公开一种难变形高温合金冷拔材加工工艺，主要用于紧固件用GH141合金冷拔材的生产。
背景技术
难变形高温合金冷拔材，因其具有耐高温、强度高、耐腐蚀、抗氧化等优异的使用性能，大多用于航空航天发动机关键部件。由于该类合金高强度，在冷加工中内应力急剧增大，极易出现裂纹缺陷，尤其棒材性能指标要求高、组织要求严格，成材率偏低。
GH141合金是在借鉴美国Rene′41合金成分与工艺基础上,经过优化调整合金成分、添加B、Zr等微量元素强化晶界等,研制出的一种沉淀硬化型镍基高温合金,合金在870℃以下具有较高的抗拉强度和持久强度,适于制作850℃以下要求高强度和980℃以下要求抗氧化的航空、航天发动机高温部件。
GH141合金是难变形高温合金的典型品种，由于合金中含有大量的固溶强化元素C、Mo、Cr、Co等，并含有较多的Al、Ti时效强化元素，合金中Al、Ti元素含量和达到4.7%以上，其γ’相Ni3(Al、Ti)的含量达到24%左右，使合金的加工塑性差，变形温度范围窄，属于非常难变形合金，尤其冷变形加工，因拔制后棒材产生较大的内应力，放置时间过长易造成棒材自身产生应力裂纹，同时在退火及热处理过程中，达到750℃～910℃时，强化相γ’相大量析出，产生较大的组织应力，两种应力相叠加极易引起棒材表面横向和纵向裂纹，造成冷拔棒材大量判废。生产为避免棒材产生应力裂纹，在棒材拔制后需要快速进行软化退火处理，严重影响生产效率，并且在软化退火过程中还是存在表面裂纹现象，因此冷拔材成材率极低，只在20%～30%左右，同时因需要多次软化退火，能源消耗高，生产效率低。并且冷拔棒材标准中对室温拉伸和760℃高温拉伸塑性，要求同为断后伸长率≥8%，断面收缩率≥10%，难以满足。难变形高温合金通常作为军工用重要材料，国外对其生产技术严格保密，无法查找到相关资料。
发明内容
[0003] 本发明公开一种难变形高温合金GH141冷拔材加工工艺，一方面通过控制冷拔坯料的组织和冷拔减面量，采取特殊的矫直工艺减小冷拔后棒材内部的应力，避免其与退火及热处理过程中的组织应力相叠加，造成棒材裂纹缺陷；另一方面通过采用合理的热处理工艺，获得良好使用性能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
1、工艺路线为：真空感应冶炼→真空自耗重熔→自耗锭表面车光→轧制开坯→软化退火处理→棒材坯料表面磨光→草化、皂化→冷拔→矫直→棒材热处理；其中加工工艺包括轧制开坯工艺、软化退火工艺、冷拔工艺、矫直工艺以及棒材热处理工艺。
2、具体工艺措施
⑴热轧开坯工艺：热轧开坯温度为1140℃～1160℃，末火轧制
变形量≥35%，停轧温度≥990℃，使轧制开坯后棒材的晶粒度级别达到不小于6级；
⑵软化退火工艺：退火温度为1070℃～1090℃，风冷快速冷却，并确
保棒材坯料退火均匀；
⑶冷拔工艺：退火后的棒材坯料表面处理（磨光）后，经过草化、皂
化，进行冷拔拔制，冷拔减面量控制在9%～11%；
⑷矫直工艺：冷拔后棒材需立即经过两种矫直处理，分别为多辊矫直
和双曲滚光矫直，并且每支棒材双曲滚光矫直的次数应不少于3次，除保证棒材弯曲度外，最重要的作用是消除冷拔后棒材内部应力，避免棒材在后续放置及退火和热处理过程中出现裂纹；
⑸成品热处理工艺：冷拔后棒材经1070℃～1090℃退火处理30min，
固溶处理1110℃～1130℃，保温30min～40min空冷，时效处理890℃～910℃保温3.5h～4.5h，空冷。
本发明的优点和创新点在于：
⑴防止冷拔棒材裂纹产生的技术措施：
①控制冷拔坯料的组织状态，通过控制热轧轧制温度及变形量，使坯
料组织均匀，晶粒细小，可有效减少裂纹产生倾向；
②通过软化退火，降低冷拔坯料的硬度；
③通过拔制后的矫直工艺，可以有效减少冷拔后棒材内部的应力，避免在放置及后续热处理过程中产生裂纹。矫直工艺分为两步，首先采用多辊矫直机进行矫直处理，之后采用双曲滚光矫直，并且每支棒材双曲滚光矫直的次数应不少于3次。
⑵提高棒材室温拉伸塑性和高温拉伸塑性冷拔棒材标准中对室温拉伸塑性和760℃高温拉伸塑性，要求同为断后伸长率≥8%，断面收缩率≥10%，难以满足。通过控制冷拔加工的减面量在9%～11%，并采用合理的热处理制度，冷拔后棒材经1070℃～1090℃退火处理 30min，固溶处理1110℃～1130℃保温30min～40min空冷，时效处理890℃～910℃保温3.5h～4.5h，空冷，冷拔棒材的室温塑性可达到断后伸长率25%，断面收缩率22%，760℃高温拉伸塑性可达到断后伸长率34%，断面收缩率36%。
具体实施方式
提供以下两项优选实施例。
实施例1
炉号：13242210220，电极尺寸φ130mm，自耗锭尺寸φ180mm，化学成分如下表1。
表1 %
| 元素 | C | Cr | Mo | Co | Al | Ti | Zr | Si | Ni |
| 含量 | 0.080 | 18.58 | 9.92 | 11.02 | 1.58 | 3.19 | 0.03 | 0.10 | Bal |
⑴ 热轧开坯工艺：热轧开坯温度为1150℃，末火轧制变形量40%，
停轧温度990℃，轧制规格为φ12mm，棒材晶粒度为7级；
⑵软化退火工艺：退火温度为1080℃，风冷快速冷却，并保证棒材坯
料退火均匀；
⑶冷拔工艺：退火后的棒材坯料表面处理（磨光）后尺寸为φ11.86mm，
经过草化、皂化，进行冷拔拔制，冷拔减面量控制10%，冷拔后尺寸为φ11.25mm；
⑷矫直工艺：冷拔后棒材经过多辊矫直和双曲滚光矫直，每支棒
材双曲滚光矫直的次数为3次；
⑸成品热处理工艺：冷拔后棒材经1080℃退火处理30min，固溶处理
1110℃保温30min空冷，时效处理900℃保温3.5h，空冷。
冷拔棒材性能检测结果见表2。
表2
⑹冷拔棒材成材率达到70%。
实施例2
炉号：13242210188，电极尺寸φ130mm，自耗锭尺寸φ180mm，化学成分如下表3。
表3 %
| 元素 | C | Cr | Mo | Co | Al | Ti | Zr | Si | Ni |
| 含量 | 0.084 | 18.91 | 10.06 | 10.96 | 1.60 | 3.21 | 0.03 | 0.07 | Bal |
⑴ 热轧开坯工艺：热轧开坯温度为1150℃，末火轧制变形量40%，
停轧温度1000℃，轧制规格为φ16mm，棒材晶粒度为7级；
⑵软化退火工艺：退火温度为1080℃，风冷快速冷却，并保证棒材坯
料退火均匀；
⑶冷拔工艺：退火后的棒材坯料表面处理（磨光）后尺寸为φ15.45mm，
经过草化、皂化，进行冷拔拔制，冷拔减面量控制10%，冷拔后尺寸为φ14.65mm；
⑷矫直工艺：冷拔后棒材经过多辊矫直和双曲滚光矫直，每支棒
材双曲滚光矫直的次数为3次；
⑸成品热处理工艺：冷拔后棒材经1080℃退火处理30min，固溶处理
1130℃保温30min空冷，时效处理900℃保温4.5h，空冷。
冷拔棒材性能检测结果见表4。
表4
⑹冷拔棒材成材率达到72%。
Claims (4)
1.一种难变形高温合金GH141冷拔材加工工艺，其特征在于：所述加工工艺路线为：轧制开坯→软化退火处理→棒材坯料表面磨光→草化、皂化→冷拔→矫直→棒材热处理；即控制冷拔材坯料内部组织；软化退火处理；选择合理的冷拔减面量；冷拔后采用两种不同的矫直工艺；选择合理的热处理工艺。
2.根据权利要求1所述一种难变形高温合金GH141冷拔材加工工艺，其特征在于：所述热轧开坯工艺：热轧开坯温度为1140℃～1160℃，末火轧制变形量≥35%；停轧温度≥990℃；所述软化退火工艺：退火温度为1070℃～1090℃，风冷快速冷却；
所述冷拔工艺：退火后的棒材坯料表面磨光处理，经过草化、皂化，进行冷拔拔制，冷拔减面量控制在9%～11%，冷拔后尺寸为φ11.25mm；所述矫直工艺：冷拔后棒材需立即经过两种矫直处理，分别为多辊矫直和双曲滚光矫直，并且每支棒材双曲滚光矫直的次数应不少于3次，保证棒材弯曲度；所述成品热处理工艺：冷拔后棒材经1070℃～1090℃退火处理30min，固溶处理1110℃～1130℃，保温30min～40min空冷，时效处理890℃～910℃保温3.5h～4.5h，空冷。
3.根据权利要求1所述一种难变形高温合金GH141冷拔材加工工艺，其特征在于：所述冷拔材的自耗锭尺寸φ180mm；所述热轧开坯工艺：热轧开坯温度为1150℃，末火轧制变形量40%，轧制规格为φ12mm；停轧温度990℃；所述软化退火工艺：退火温度为1080℃，风冷快速冷却；所述冷拔工艺：退火后的棒材坯料表面磨光处理后尺寸为φ11.86mm，
经过草化、皂化，进行冷拔拔制，冷拔减面量控制10%，冷拔后尺寸为φ11.25mm；
所述矫直工艺：冷拔后棒材经过多辊矫直和双曲滚光矫直，每支棒材双曲滚光矫直的次数为3次；所述成品热处理工艺：冷拔后棒材经1080℃退火处理30min，固溶处理1110℃保温30min空冷，时效处理900℃保温3.5h，空冷。
4.根据权利要求3所述一种难变形高温合金GH141冷拔材加工工艺，其特征在于：所述热轧开坯工艺：轧制规格为φ16mm；停轧温度1000℃；所述冷拔工艺：退火后的棒材坯料表面磨光处理后尺寸为φ15.45mm，冷拔后尺寸为φ14.65mm；所述成品热处理工艺：冷拔后棒材经1080℃退火处理30min，固溶处理1130℃保温40min空冷，时效处理900℃保温4.5h，空冷。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150401 |