CN104707931A - 一种大型高温合金盘类模锻件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大型高温合金盘类模锻件的制造方法，包括：将高温合金棒料进行分阶段变速度镦饼处理，制备饼坯；将所述饼坯进行机加内孔处理，制备荒坯；将所述荒坯置于锻造模具中进行分阶段变速度锻造处理，制造高温合金盘类模锻件。本发明提供的制造方法实现了在吨位较小的模锻液压机上生产大型高温合金盘类模锻件，在保证模锻件的力学性能、金相组织、超声波探伤满足标准要求的基础上，缩短了大型高温合金盘类模锻件的加工周期，提高了贵重金属的利用率，降低了生产成本。

Description

一种大型高温合金盘类模锻件的制造方法

技术领域

本发明属于锻造技术领域，具体涉及一种大型高温合金盘类模锻件的制造方法。

背景技术

现今，各行各业对高温合金盘类模锻件的需求量与日俱增，尤其是大型高温合金盘类模锻件的需求。大型高温合金盘类模锻件制造难度很大，通常是在吨位较大的模锻液压机上完成的，吨位较小的模锻液压机由于其最大载荷有限，难以完成大型高温合金盘类模锻件的模锻。如某型大型舰用燃气轮机的大型GH4698合金涡轮盘模锻件，国外同类合金涡轮盘模锻件是在750MN模锻液压机上模锻成形的。这种吨位较大的模锻液压机数量有限，而且生产成本较高，难以满足大型高温合金盘类模锻件日益增长的使用需求。因此，现有技术中，虽然采用自由锻镦饼满足了前期型号的研制和生产要求，但该种工艺生产成本较大，生产周期长，后期加工过程中贵重金属的损耗较严重，而且金属流线基本被切断，不能保证模锻件的力学性能、金相组织及超声波探伤等满足标准要求。

因此，需要不断改进高温合金盘类模锻件，尤其是大型高温合金盘类模锻件的制造方法，以满足日益增长的使用需求。

发明内容

本发明提供一种大型高温合金盘类模锻件的制造方法，以解决现有技术中在吨位较小的模锻液压机上难以生产大型高温合金盘类模锻件的问题。

本发明实施例公开了一种大型高温合金盘类模锻件的制造方法，包括：

将高温合金棒料进行分阶段变速度镦饼处理，制备饼坯；

将所述饼坯进行机加内孔处理，制备荒坯；

将所述荒坯置于锻造模具中进行分阶段变速度锻造处理，制造高温合金盘类模锻件。

结合上述方案，在第一种可能的实现方式中，所述将高温合金棒料进行分阶段变速度镦饼处理，制备饼坯之前进一步包括：

制备适用于高温合金盘类模锻件的锻造模具。

结合上述方案的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中， 对所述锻造模具进行增加出模斜度和增大圆角处理，以减小锻造时高温合金金属的流动阻力。

结合上述方案或上述方案的第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述将高温合金棒料进行分阶段变速度镦饼处理，制备饼坯包括：

将高温合金棒料进行复合包套处理后加热，制备加热到温的高温合金棒料；

将所述加热到温的高温合金棒料进行分阶段变速度镦饼处理，制备饼坯。

结合上述方案的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述分阶段变速度镦饼处理包括空程阶段和压制阶段，所述空程阶段中设置的镦饼处理速度用于减少所述高温合金棒料表面的热损失从而提高所述高温合金棒料的初始处理温度，所述压制阶段中设置的镦饼处理速度用于确保所述高温合金棒料的内部升温较小并确保合理的处理时间，所述空程阶段的镦饼处理速度大于所述压制阶段的镦饼处理速度。

结合上述方案或上述方案的第一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述将所述饼坯进行机加内孔处理，制备荒坯包括：

确定需要在所述饼坯上机加的内孔的直径；

在所述饼坯上按照所述内孔的直径机加所述内孔，制备荒坯。

结合上述方案或上述方案的第一种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述将所述荒坯置于锻造模具中进行分阶段变速度锻造处理，制造高温合金模锻件包括：

将所述荒坯进行复合包套处理后加热，制备加热到温的荒坯；

将所述加热到温的荒坯置于锻造模具中进行分阶段变速度锻造处理，制造高温合金盘类模锻件。

结合上述方案的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述分阶段变速度锻造处理包括空程阶段、压制阶段和压靠阶段，所述空程阶段中设置的锻造处理速度用于减少所述荒坯表面的热损失从而提高所述荒坯的初始处理温度，所述压制阶段中设置的锻造处理速度用于确保所述荒坯的内部升温较小并确保合理的处理时间，所述压靠阶段中设置的锻造处理速度用于减小所述荒坯的最终处理载荷并确保合理的处理时间，所述空程阶段的锻造处理速度大于所述压制阶段的锻造处理速度，所述压制阶段的锻造处理速度大于所述压靠阶段的锻造处理速度。

本发明提供的制造方法实现了在吨位较小的模锻液压机上生产大型高温合金盘类模锻件，在保证模锻件的力学性能、金相组织、超声波探伤满足标准要求的基础上，缩短了大型高温合金盘类模锻件的加工周期，提高了贵重金属的利用率，降低了生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例提供的一种大型高温合金盘类模锻件的制造方法流程图；

图2为本发明第二实施例提供的一种大型高温合金盘类模锻件的制造方法流程图；

图3为本发明第三实施例提供的一种大型高温合金盘类模锻件的制造方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种大型高温合金盘类模锻件的制造方法，用于在吨位较小的模锻液压机上生产大型高温合金盘类模锻件，以下将对本发明所述的方法进行详细说明。

参照图1，图1为本发明第一实施例提供的大型高温合金盘类模锻件的制造方法流程图，该制造方法包括：

101、将高温合金棒料进行分阶段变速度镦饼处理，制备饼坯；

102、将饼坯进行机加内孔处理，制备荒坯；

103、将荒坯置于锻造模具中进行分阶段变速度锻造处理，制造高温合金盘类模锻件。

本发明第一实施例提供的一种大型高温合金盘类模锻件的制造方法，通过分阶段变速度镦饼和锻造处理以及在饼坯上进行机加内孔处理处相结合的方式，增加高温合金金属的径向流动，减小锻造时高温合金金属的流动阻力，保证模锻件各区域有充分的变形量，降低了锻造时的变形抗力，最终实现了在吨位较小的模锻液压机上生产大型高温合金盘类模锻件。

参照图2，图2为本发明第二实施例提供的大型高温合金盘类模锻件的制造方法流程图，该制造方法包括：

201、制备适用于高温合金盘类模锻件的锻造模具；

202、将高温合金棒料进行分阶段变速度镦饼处理，制备饼坯；

203、将饼坯进行机加内孔处理，制备荒坯；

204、将荒坯置于锻造模具中进行分阶段变速度锻造处理，制造高温合金盘类模锻件。

本发明第二实施例提供的一种大型高温合金盘类模锻件的制造方法，通过对锻造模具进行适应性改进、分阶段变速度镦饼和锻造处理以及在饼坯上进行机加内孔处理处相结合的方式，增加高温合金金属的径向流动，减小锻造时高温合金金属的流动阻力，保证模锻件各区域有充分的变形量并保证模锻件充填完整，降低了锻造时的变形抗力，最终实现了在吨位较小的模锻液压机上生产大型高温合金盘类模锻件。

参照图3，图3为本发明第三实施例提供的大型高温合金盘类模锻件的制造方法流程图，该制造方法包括：

301、制备适用于高温合金盘类模锻件的锻造模具；

该步骤中，先分析由准备制造的高温合金盘类模锻件生产的产品粗加工件的尺寸、最大投影面积和最小/最大厚度，以及产品粗加工件的特点和选用的材料等，然后确定高温合金盘类模锻件的最小单边余量，同时对于截面落差较大的区域采用45°拔模斜度，该斜度易于高温合金金属填充。根据前述方案，制备适用于该高温合金盘类模锻件的锻造模具，并对该锻造模具进行增加出模斜度和增大圆角处理。由于高温合金金属流动性差，对该锻造模具增加出模斜度处理，可减小锻造时金属流动阻力，保证模锻件充填完整；对该锻造模具进行增大圆角处理，可保证模锻件的局部难充填区域最终充填完整。

302、将高温合金棒料进行复合包套处理后加热，制备加热到温的高温合金棒料；

该步骤中，在加热前先对按规格下料的高温合金棒料进行复合包套处理，然后使用炉温均匀性为±5℃的高温电炉对该高温合金棒料进行加热，当炉温达到预设温度时保温一段时间，从而将该高温合金棒料加热到预期温度，然后将该加热到温的高温合金棒料快速移出电阻炉，确保高温合金棒料的转移时间≤30S。整个加热过程中，升温阶段需保证在两小时以上，确保高温合金棒料充分热透并达到预期温度，该预期温度一般参考行业内通用的温度即可。加热前对高温合金棒料进行复合包套处理，可减少高温合金棒料在转移过程中的热损耗，有利于提高后续镦饼处理时的处理温度，降低高温合金棒料锻造时的变形抗力。

303、将加热到温的高温合金棒料进行分阶段变速度镦饼处理，制备饼坯；

该步骤中，采用模锻液压机对该加热到温的高温合金棒料进行分阶段变速度镦饼处理，制备饼坯。一般地，此处的处理温度依据准备制造的高温合金盘类模锻件的投影面积及相关技术指标确定。采用分阶段变速度镦饼处理方式，以获得原始组织均匀的饼坯。该分阶段变速度镦饼处理包括空程阶段和压制阶段，空程阶段中设置的镦饼处理速度用于减少高温合金棒料表面的热损失从而提高高温合金棒料的初始处理温度，压制阶段中设置的镦饼处理速度用于确保高温合金棒料的内部升温较小并确保合理的处理时间，空程阶段的镦饼处理速度大于压制阶段的镦饼处理速度。

具体地，空程阶段是指模锻液压机控制上模从高处下落直至接触高温合金棒料前的过程，此阶段设置的镦饼处理速度一般为模锻液压机能达到的最快处理速度，尽可能减少该阶段的时间，以减少高温合金棒料表面的热损失，从而提高高温合金棒料的初始处理温度；压制阶段是指模锻液压机控制上模与高温合金棒料接触并将高温合金棒料压制成饼坯的过程，压制过程中高温合金棒料内部温度会升高，此阶段设置的镦饼处理速度应确保高温合金棒料的内部升温较小，还要确保该阶段的处理时间较合理，并根据该处理时间以及高温合金棒料与饼坯的厚度垂直尺寸差确定该阶段的镦饼处理速度，最后根据该处理时间和压制过程中高温合金棒料内部温度的升高情况确定相关锻造工艺参数，该阶段的处理时间一般参照本行业内通用的处理时间来设定。

镦饼处理开始前，需对镦饼所用的模具进行预热，同时棒料两端面应垫上撒有石墨粉的保温石棉。镦饼处理结束后，将饼坯上的包套散开，使饼坯在空气中自然冷却。

304、确定需要在饼坯上机加的内孔的直径；

该步骤中，通过事先分析准备制造的高温合金盘类模锻件终锻完成后充填是否完整、应变场分布是否均匀以及终锻载荷是否在液压机的最大载荷范围内等因素，确定需要在饼坯上机加的内孔的直径。

305、在饼坯上按照内孔的直径机加内孔，制备荒坯；

该步骤中，按照上述确定的内孔的直径，在饼坯上机加该内孔，制备荒坯。对饼坯进行机加内孔处理，可以增加高温合金金属的径向流动，保证最终模锻件各区域有充分的变形量，有利于降低荒坯模锻时的变形抗力。

306、将荒坯进行复合包套处理后加热，制备加热到温的荒坯；

该步骤中，在加热前先对荒坯进行复合包套处理，然后使用炉温均匀性为±5℃的高温电炉对该荒坯进行加热，当炉温达到预设温度时保温一段时间，从而将该荒坯加热到预期温度，然后将该加热到温的荒坯快速移出电阻炉，确保荒坯的转移时间≤30S。整个加热过程中，升温阶段需保证在两小时以上，确保荒坯充分热透并达到预期温度，该预期温度一般参考行业内通用的温度即可。加热前对荒坯进行复合包套处理，可减少荒坯在转移过程中的热损耗，有利于提高后续锻造处理时的处理温度，降低荒坯锻造时的变形抗力。

307、将加热到温的荒坯置于锻造模具中进行分阶段变速度锻造处理，制造高温合金盘类模锻件。

该步骤中，将加热到温的荒坯置于锻造模具中，并采用模锻液压机对该荒坯进行分阶段变速度锻造处理，制造高温合金盘类模锻件。一般地，此处的处理温度同样依据准备制造的高温合金盘类模锻件的投影面积及本行业内相关技术指标确定。采用分阶段变速度锻造处理方式，可以进一步降低坯料锻造时的变形抗力。该分阶段变速度锻造处理包括空程阶段、压制阶段和压靠阶段，空程阶段中设置的锻造处理速度用于减少荒坯表面的热损失从而提高荒坯的初始处理温度，压制阶段中设置的锻造处理速度用于确保荒坯的内部升温较小并确保合理的处理时间，压靠阶段中设置的锻造处理速度用于减小荒坯的最终处理载荷并确保合理的处理时间，所述空程阶段的锻造处理速度大于所述压制阶段的锻造处理速度，所述压制阶段的锻造处理速度大于所述压靠阶段的锻造处理速度。

具体地，空程阶段是指模锻液压机控制上模从高处下落直至接触荒坯前的过程，此阶段设置的锻造处理速度一般为模锻液压机能达到的最快处理速度，尽可能减少该阶段的时间，以减少荒坯表面的热损失，从而提高荒坯的初始处理温度；压制阶段是指模锻液压机控制上模与荒坯接触并将荒坯压制成接近高温合金盘类模锻件的荒坯的过程，一般地，接近高温合金盘类模锻件的荒坯的厚度垂直尺寸比高温合金盘类模锻件的厚度垂直尺寸多15~20mm，压制过程中荒坯内部温度会升高，此阶段设置的锻造处理速度应确保荒坯的内部升温较小，还要确保该阶段的处理时间较合理，并最终根据该处理时间以及荒坯与接近高温合金盘类模锻件的荒坯的厚度垂直尺寸差确定该阶段的锻造处理速度，该阶段的处理时间一般参考行业内通用的处理时间来设定；压靠阶段是指模锻液压机控制上模将接近高温合金盘类模锻件的荒坯进一步压制成高温合金盘类模锻件的过程，该过程中锻造时的变形抗力较大，需要的锻造力较高，此阶段设置的锻造处理速度应考虑减小荒坯的最终处理载荷，也要确保该阶段的处理时间较合理，并根据该处理时间以及接近高温合金盘类模锻件的荒坯与高温合金盘类模锻件的厚度垂直尺寸差确定该阶段的锻造处理速度，最后根据该处理时间和荒坯的初始处理温度确定相关锻造工艺参数，该阶段的处理时间一般参考行业内通用的处理时间来设定。此外，这两个阶段的处理时间一般还要参考高温合金盘类模锻件的制作材料以及由该模锻件最终生产的产品粗加工件的结构确定。

锻造处理开始前，需对锻造所用的锻造模具进行预热。锻造处理时，除了控制锻造处理速度外，还需控制高温合金盘类模锻件的垂直尺寸。锻造处理结束后，将高温合金盘类模锻件上的包套散开，使高温合金模盘类锻件在空气中自然冷却。

本发明第三实施例提供的一种大型高温合金盘类模锻件的制造方法，通过对锻造模具进行适应性改进、复合包套和分阶段变速度镦饼和锻造处理以及在饼坯上进行机加内孔处理处相结合的方式，增加高温合金金属的径向流动，减小锻造时高温合金金属的流动阻力，保证模锻件各区域有充分的变形量并保证模锻件充填完整，降低了锻造时的变形抗力，最终实现了在吨位较小的模锻液压机上生产大型高温合金盘类模锻件。

以在400MN模锻液压机上实现大型GH4698合金涡轮盘模锻件的制造为例，由于该模锻件最终生产的产品粗加工件的尺寸为Φ1169×145mm，投影面积为1.174m²，所以确定该模锻件的最小单边余量为8mm，模锻件的制作材料选择GH4698高温合金。根据该模锻件制备适用于该模锻件的锻造模具，锻造模具的制作材料选择5CrNiMo。根据该模锻件的制作材料在锻造时处理温度下的线膨胀系数，确定模锻件的收缩率，然后根据该收缩率最终确定锻造模具的型腔容积为该模锻件的100.015%，并对该锻造模具进行增加出模斜度和增大圆角处理。

在利用高温合金棒料制备饼坯的过程中，采用400MN模锻液压机对加热到温的高温合金棒料进行分阶段变速度镦饼处理，制备饼坯。此处的处理温度选用1120℃。该分阶段变速度镦饼处理包括空程阶段和压制阶段，其中空程阶段的镦饼处理速度设为110mm/s，压制阶段的镦饼处理速度设为5mm/s。

确定需要在饼坯上机加的内孔的直径为200mm，在饼坯上机加该内孔，制备荒坯。

在利用荒坯制造高温合金盘类模锻件的过程中，将加热到温的荒坯置于锻造模具中，并采用400MN模锻液压机对该荒坯进行分阶段变速度锻造处理，制造高温合金盘类模锻件。此处的处理温度选用1120℃。该分阶段变速度锻造处理包括空程阶段、压制阶段和压靠阶段，空程阶段的锻造处理速度设为110mm/s，压制阶段的锻造处理速度设为5mm/s，压靠阶段的锻造处理速度设为1mm/s。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大型高温合金盘类模锻件的制造方法，其特征在于，包括：

将高温合金棒料进行分阶段变速度镦饼处理，制备饼坯；

将所述饼坯进行机加内孔处理，制备荒坯；

将所述荒坯置于锻造模具中进行分阶段变速度锻造处理，制造高温合金盘类模锻件。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述将高温合金棒料进行分阶段变速度镦饼处理，制备饼坯之前进一步包括：

制备适用于高温合金盘类模锻件的锻造模具。

3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，对所述锻造模具进行增加出模斜度和增大圆角处理，以减小锻造时高温合金金属的流动阻力。

4.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述将高温合金棒料进行分阶段变速度镦饼处理，制备饼坯包括：

将所述高温合金棒料进行复合包套处理后加热，制备加热到温的高温合金棒料；

将所述加热到温的高温合金棒料进行分阶段变速度镦饼处理，制备饼坯。

5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述分阶段变速度镦饼处理包括空程阶段和压制阶段，所述空程阶段中设置的镦饼处理速度用于减少所述高温合金棒料表面的热损失从而提高所述高温合金棒料的初始处理温度，所述压制阶段中设置的镦饼处理速度用于确保所述高温合金棒料的内部升温较小并确保合理的处理时间，所述空程阶段的镦饼处理速度大于所述压制阶段的镦饼处理速度。

6.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述将所述饼坯进行机加内孔处理，制备荒坯包括：

确定需要在所述饼坯上机加的内孔的直径；

在所述饼坯上按照所述内孔的直径机加所述内孔，制备荒坯。

7.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述将所述荒坯置于锻造模具中进行分阶段变速度锻造处理，制造高温合金盘类模锻件包括：

将所述荒坯进行复合包套处理后加热，制备加热到温的荒坯；

将所述加热到温的荒坯置于锻造模具中进行分阶段变速度锻造处理，制造高温合金盘类模锻件。

8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述分阶段变速度锻造处理包括空程阶段、压制阶段和压靠阶段，所述空程阶段中设置的锻造处理速度用于减少所述荒坯表面的热损失从而提高所述荒坯的初始处理温度，所述压制阶段中设置的锻造处理速度用于确保所述荒坯的内部升温较小并确保合理的处理时间，所述压靠阶段中设置的锻造处理速度用于减小所述荒坯的最终处理载荷并确保合理的处理时间，所述空程阶段的锻造处理速度大于所述压制阶段的锻造处理速度，所述压制阶段的锻造处理速度大于所述压靠阶段的锻造处理速度。