CN111020298A - 一种gh3039高温合金棒材及棒材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GH3039高温合金棒材的制备方法,具体按照以下步骤实施:选取GH3039高温合金铸锭,真空感应熔炼+电渣重熔的两联冶炼工艺冶炼,水淬冷却;将处理后的铸锭加热保温,进行3‑5火次镦拔开坯锻造,连续回炉,每一火次变形量20‑35%,淬水冷却,得到料坯;对坯料进行均匀化及中间退火;退火后的坯料加热保温,进行5‑7火次镦拔变形,镦拔完成后坯料规格为八方500‑550mm;镦拔完成后的坯料加热保温,进行2‑3火次拔长变形,在空气中冷却;拔长完成后的物料加热保温,进行1火次摔圆锻造,在空气中冷却,得GH3039高温合金棒材;本发明采用自由锻技术制备高强度、高韧性合金棒材,简单易行。
Description
技术领域
本发明属于有色金属材料加工工艺技术领域,涉及一种GH3039高温合金棒材制备方法,还涉及一种GH3039高温合金棒材。
背景技术
GH3039合金是一种固溶强化型的镍基高温合金,主要强化元素为铬和钼,合金在800℃及以下具有优良的强度与韧性,在1000℃以下抗氧化性能良好,使用过程中组织稳定,具有良好的冷成形及焊接性能。因此广泛应用在航空、航天、航海等各种高温承力部件中。作为一种单相奥氏体合金,使用过程中组织异常稳定。基于其优异的性能表现,广泛的应用在航空发动机燃烧室和加力燃烧室的零部件中。
GH3039合金应用在工业生产中的主要优势在于:(1)合金中添加的主要固溶强化元素不易偏析,铸锭熔炼过程易控制;(2)铸锭均匀化工艺简单,易于质量控制,节约生产周期与成本;(3)同一锻造温度下联系回炉,效率高;(4)工业生产锻造成品率可达到80%以上,锻造成品率高。
GH3039合金棒材在工业生产中的主要风险在于:(1)合金中铬含量高,碳含量相对较高,碳化物条带数量多,在室温拉伸过程中,大的碳化物聚集处易形成裂纹源,导致断裂,造成室温拉伸性能强塑性提高困难;(2)合金的中含有25%以上的固溶强化元素,由于成分的不均匀或变形不均匀会造成局部粗大晶粒,造成性能下降;(3)Φ250mm-Φ400mm规格的棒材,由于存在径向温度梯度,沿径向组织的均匀性与性能的均匀性难控制。
目前国内外公布的专利很少有关于GH3039合金大棒材制备的。现有可查的资料也未综合考虑以上风险点的关联性,未能将GH3039合金材料的优势发挥到最好。
发明内容
本发明的目的是提供一种GH3039高温合金棒材制备方法,能够制备出高强度、高韧性GH3039高温合金棒材。
本发明的另一目的是一种GH3039高温合金棒材。
本发明所采用的技术方案是,一种GH3039高温合金棒材制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、选取GH3039高温合金铸锭,真空感应熔炼+电渣重熔的两联冶炼工艺冶炼,水淬冷却;
步骤2、将步骤1处理后的铸锭加热保温,进行3-5火次镦拔开坯锻造为八方型规格,开坯锻造为连续回炉,每一火次变形量20-35%,淬水冷却,得到截面为八方的料坯;
步骤3、对截面为八方的料坯进行均匀化及中间退火;
步骤4、退火后的坯料加热保温,进行5-7火次镦拔变形,每火次变形量30-40%,得到中间坯;
步骤5、对中间坯加热保温,进行2-3火次拔长变形,每火次变形量35-45%,在空气中冷却;
步骤6、拔长完成后的物料加热保温,进行1火次摔圆锻造,锻造变形量≤10%,在空气中冷却,得GH3039高温合金棒材。
步骤1GH3039高温合金铸锭的成分质量百分数为C:≤0.08%,Si:≤0.80%,Mn:≤0.40%,P:≤0.02%,S:≤0.012,Cr:19%-22%,Cu:≤0.2%,Mo:1.8%-2.3%,Ti:0.35%-0.75%,Nb:0.9%-1.3%,Al:0.35%-0.75%,Fe:≤3.0%,其余为Ni,以上成分质量百分数之和为100%。
步骤2将步骤1处理后的铸锭加热保温具体过程为:将步骤1处理后的铸锭装炉加热至650℃,保温系数为0.6min/mm,随后以5℃-10℃/min的加热速度升温至1080℃-1120℃,保温系数为0.6min/mm,热料回炉保温系数为0.3min/mm,锻造完成后淬水冷却。
步骤3具体过程为:对截面为八方的料坯进行加热,加热至800℃,保温系数为0.6min/mm,随后以5℃-10℃/min的加热速度升温至1170℃-1190℃,保温时间为30h-40h,保温结束后在空气中冷却。
步骤4退火后的坯料加热保温具体过程为:对退火后的坯料进行加热,加热至800℃,保温系数为0.6min/mm,随后以10℃-20℃/min的加热速度升温至1050℃-1070℃,保温系数为0.6min/mm。
步骤5镦拔完成后的坯料加热保温具体为:对中间坯进行加热,以10℃-20℃/min的加热速度升温至1000-1030℃,保温系数为0.8min/mm,将加热的坯料采用硅酸铝保温棉软包套,在包套前的温度下保温60-90min,通过加热炉进行补热至1000-1030℃。
步骤6拔长完成后的物料加热保温具体过程为:对拔长完成后的物料以10-20℃/min的加热速度升温至950-1000℃,保温系数为0.5min/mm。
步骤6中1火次摔圆锻造采用弹簧砧摔圆。
本发明所采用的另一技术方案是,一种GH3039高温合金棒材,按照一种GH3039高温合金棒材制备方法制备,晶粒度按GB6395评级达到5级以上,碳化物呈条带状弥散分布。
GH3039高温合金棒材能够满足室温拉伸强度值为800-900MPa,室温拉伸延伸率为50-70%,800℃高温拉伸强度为370-450MPa,800℃高温拉伸延伸率为90-120%。
本发明的有益效果是:
(1)采用真空感应熔炼+电渣重熔的两联冶炼工艺冶炼GH3039高温合金铸锭,节约了生产成本,增加了开坯后的退火及均匀化工序,消除了局部残留的粗大晶粒,实现了棒材成分均匀。
(2)通过对锻造过程的控制,将Φ250mm-Φ400mm规格棒材边部至心部的晶粒度级差控制在1级以内,实现了大棒材的组织均匀。
(3)实现了GH3039合金的高强度与高韧性,室温拉伸强度值为800-900MPa,室温拉伸延伸率为50-70%,800℃高温拉伸强度为370-450MPa。800℃高温拉伸延伸率为90-120%。
附图说明
图1为实施例2开坯后物料的高倍组织结构示意图;
图2为实施例2中间坯退火及均匀化热处理后的高倍组织结构示意图;
图3为实施例2锻造完成后的成品棒材高倍组织结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种GH3039高温合金棒材制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、选取GH3039高温合金铸锭,真空感应熔炼+电渣重熔的两联冶炼工艺冶炼,水淬冷却;
GH3039高温合金铸锭的成分质量百分数为C:≤0.08%,Si:≤0.80%,Mn:≤0.40%,P:≤0.02%,S:≤0.012,Cr:19%-22%,Cu:≤0.2%,Mo:1.8%-2.3%,Ti:0.35%-0.75%,Nb:0.9%-1.3%,Al:0.35%-0.75%,Fe:≤3.0%,其余为Ni,以上成分质量百分数之和为100%。
步骤2、将步骤1处理后的铸锭加热保温,在45MN快锻机进行3-5火次镦拔开坯锻造为八方型规格,开坯锻造为连续回炉,每一火次变形量20-35%,淬水冷却,得到截面为八方的料坯;
将步骤1处理后的铸锭加热保温具体过程为:将步骤1处理后的铸锭装炉加热至650℃,保温系数为0.6min/mm,随后以5℃-10℃/min的加热速度升温至1080℃-1120℃,保温系数为0.6min/mm,热料回炉保温系数为0.3min/mm,锻造完成后淬水冷却。
步骤3、对截面为八方的料坯进行均匀化及中间退火;
具体过程为:对截面为八方的料坯进行加热,加热至800℃,保温系数为0.6min/mm,随后以5℃-10℃/min的加热速度升温至1170℃-1190℃,保温时间为30h-40h,保温结束后在空气中冷却。
步骤4、退火后的坯料加热保温,在45MN快锻机进行5-7火次镦拔变形,每火次变形量30-40%,得到中间坯;
退火后的坯料加热保温具体过程为:对退火后的坯料进行加热,加热至800℃,保温系数为0.6min/mm,随后以10℃-20℃/min的加热速度升温至1050℃-1070℃,保温系数为0.6min/mm。
步骤5、对中间坯进行加热,以10℃-20℃/min的加热速度升温至1000-1030℃,保温系数为0.8min/mm,将加热的坯料采用硅酸铝保温棉软包套,在包套前的温度下保温60-90min,通过加热炉进行补热至1000-1030℃,在45MN快锻机进行2-3火次拔长变形,每火次变形量35-45%,在空气中冷却;
步骤6、对拔长完成后的物料以10-20℃/min的加热速度升温至950-1000℃,保温系数为0.5min/mm,在45MN快锻机上进行1火次摔圆锻造,摔圆采用弹簧砧,锻造变形量≤10%,在空气中冷却,得GH3039高温合金棒材。
一种GH3039高温合金棒材,按照一种GH3039高温合金棒材制备方法制备,晶粒度按GB6395评级达到5级以上,碳化物呈条带状弥散分布。
GH3039高温合金棒材能够满足室温拉伸强度值为800-900MPa,室温拉伸延伸率为50-70%,800℃高温拉伸强度为370-450MPa,800℃高温拉伸延伸率为90-120%。
实施例1
按设定成分冶炼铸锭,其成分按重量百分比含C 0.046%,Si 0.038%,Mn0.30%,Mo 2.05%,Al 0.54%,Ti 0.68%,Fe 0.65%,Cu 0.0052%,Cr 20.41%,Nb1.04%,S 0.0002%,P 0.0078%,余量为Ni和不可避免的夹杂。
采用真空感应熔炼+电渣重熔工艺冶炼的GH3039合金铸锭直径为660mm,铸锭在1100℃下开坯,开坯锻造共4火,变形设置如下:Φ660×1000→Φ740×800→八方630×1040→八方750×730→八方620×1070,第1-4火单火次变形量分别为20%、23%、30%,32%,完成后热料水淬冷却。
截面为八方的料坯在1180℃下保温40h进行退火与均匀化,完成后空冷;
坯料在1070℃保温后进行6火次镦拔变形,设置如下:八方620×1070→八方750×730→八方600×1140→八方730×770→八方570×1260→八方700×830→八方550×1340,单火次变形量分别为32%、36%、32%、39%、34%、38%,完成后空冷,得到中间坯;
中间坯在1030℃下保温后进行2火次拔长变形,设置如下:八方550×1340→八方440×2090→八方350×3310:单火次变形量分别为36%、37%,锻造完成后空冷;
对拔长完成后的物料在1000℃下保温后进行1火次摔圆,设置如下:八方350×3310→Φ350×3500,变形量为5%,完成后空冷。
成品棒材的晶粒度按GB/T 6394评级达到5级,具体性能参数见表1。
实施例2
按设定成分冶炼铸锭,其成分按重量百分比含C 0.046%,Si 0.038%,Mn0.30%,Mo 2.05%,Al 0.54%,Ti 0.68%,Fe 0.65%,Cu 0.0052%,Cr 20.41%,Nb1.04%,S 0.0002%,P 0.0078%,余量为Ni和不可避免的夹杂。
采用真空感应熔炼+电渣重熔工艺冶炼的GH3039合金铸锭直径为580mm,铸锭在1100℃下开坯,开坯锻造共3火,变形设置如下:Φ580×1000→Φ650×800→八方555×1030→八方670×710,第1-3火单火次变形量分别为20%、23%、31%。完成后热料水淬,开坯后物料的高倍组织结构示意图如图1所示。
对截面为八方的料坯在1190℃下保温40h进行退火与均匀化,完成后空冷;中间坯退火及均匀化热处理后的高倍组织结构示意图如图2所示。
坯料在1060℃保温后进行5火次镦拔变形,设置如下:八方670×710→八方550×1050→八方690×670→八方540×1090→八方680×690→八方530×1130,单火次变形量分别为33%、36%、39%、37%、39%,完成后空冷,得到中间坯;
中间坯在1020℃下保温后进行2火次拔长变形,设置如下:八方530×1130→八方400×1980→八方300×3520:单火次变形量分别为43%、44%,锻造完成后空冷;
坯料在980℃下保温后进行1火次摔圆,设置如下:八方300×3520→Φ300×3720,变形量为5%,完成后空冷。
成品棒材的晶粒度按GB/T 6394评级达到6.5级,具体性能参数见表1。
锻造完成后的成品棒材高倍组织结构示意图如图3所示。
实施例3
按设定成分冶炼铸锭,其成分按重量百分比含C 0.046%,Si 0.038%,Mn0.30%,Mo 2.05%,Al 0.54%,Ti 0.68%,Fe 0.65%,Cu 0.0052%,Cr 20.41%,Nb1.04%,S 0.0002%,P 0.0078%,余量为Ni和不可避免的夹杂。
采用真空感应熔炼+电渣重熔工艺冶炼的GH3039合金铸锭直径为500mm,铸锭在1120℃下开坯,开坯锻造共3火,变形设置如下:Φ500×1000→Φ615×800→八方480×1030→八方580×710→八方480×1030→八方580×710,第1-5火单火次变形量分别为20%、23%、31%、31%、31%。完成后热料水淬,得到截面为八方的料坯。
截面为八方的料坯在1170℃下保温34h进行退火与均匀化,完成后空冷;
坯料在1050℃保温后进行7火次镦拔变形,设置如下:八方580×710→八方480×1035→八方600×660→八方500×950→八方600×660→八方500×950→八方640×580→八方530×845,单火次变形量分别为32%、36%、31%、31%、31%、39%、31%,完成后空冷,得到中间坯;
中间坯在1010℃下保温后进行3火次拔长变形,设置如下:八方530×845→八方420×1345→八方330×2180→八方250×3800:单火次变形量分别为37%、38%、43%,锻造完成后空冷;
坯料在980℃下保温后进行1火次摔圆,设置如下:八方250×3800→Φ250×4010,变形量为5%,完成后空冷。
成品棒材的晶粒度按GB/T 6394评级达到7.5级,具体性能参数见表1。
表1
通过上述方式,本发明一种GH3039高温合金棒材及棒材的制备方法,属有色金属加工技术领域;包含以下步骤:(1)采用真空感应熔炼+电渣重熔的两联冶炼工艺冶炼GH3039高温合金铸锭,化学成分质量百分比为:C:≤0.08%,Si:≤0.80%,Mn:≤0.40%,P:≤0.02%,S:≤0.012,Cr:19%~22%,Cu:≤0.2%,Mo:1.8%~2.3%,Ti:0.35%~0.75%,Nb:0.9%~1.3%,Al:0.35%~0.75%,Fe:≤3.0%,余量为Ni和不可避免的夹杂;(2)开坯锻造,3~5火次镦拔连续回炉锻造,每一火次变形量20%~35%,锻后水冷;(3)均匀化及中间退火,开坯后的坯料在1170℃~1190℃下保温30h~40h;(4)5~7火次镦拔变形,每火次变形量30%~40%;(5)2~3火次拔长,每火次变形量35%~45%;(6)弹簧砧摔圆,变形量≤10%,获得GH3039合金棒材。本发明采用自由锻技术制备GH3039合金棒材,工艺简单易行,实现了GH3039高温合金棒材的高强度与高韧性。
Claims (10)
1.一种GH3039高温合金棒材制备方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:
步骤1、选取GH3039高温合金铸锭,真空感应熔炼+电渣重熔的两联冶炼工艺冶炼,水淬冷却;
步骤2、将步骤1处理后的铸锭加热保温,进行3-5火次镦拔开坯锻造为八方型规格,开坯锻造为连续回炉,每一火次变形量20-35%,淬水冷却,得到截面为八方的料坯;
步骤3、对截面为八方的料坯进行均匀化及中间退火;
步骤4、退火后的坯料加热保温,进行5-7火次镦拔变形,每火次变形量30-40%,得到中间坯;
步骤5、对中间坯加热保温,进行2-3火次拔长变形,每火次变形量35-45%,在空气中冷却;
步骤6、对步骤5拔长完成后的物料加热保温,进行1火次摔圆锻造,锻造变形量≤10%,在空气中冷却,得GH3039高温合金棒材。
2.根据权利要求1所述一种GH3039高温合金棒材制备方法,其特征在于,步骤1所述GH3039高温合金铸锭的成分质量百分数为C:≤0.08%,Si:≤0.80%,Mn:≤0.40%,P:≤0.02%,S:≤0.012,Cr:19%-22%,Cu:≤0.2%,Mo:1.8%-2.3%,Ti:0.35%-0.75%,Nb:0.9%-1.3%,Al:0.35%-0.75%,Fe:≤3.0%,其余为Ni,以上成分质量百分数之和为100%。
3.根据权利要求1所述一种GH3039高温合金棒材制备方法,其特征在于,步骤2所述将步骤1处理后的铸锭加热保温具体过程为:将步骤1处理后的铸锭装炉加热至650℃,保温系数为0.6min/mm,随后以5℃-10℃/min的加热速度升温至1080℃-1120℃,保温系数为0.6min/mm,热料回炉保温系数为0.3min/mm,锻造完成后淬水冷却。
4.根据权利要求1所述一种GH3039高温合金棒材制备方法,其特征在于,步骤3所述具体过程为:对截面为八方的料坯进行加热,加热至800℃,保温系数为0.6min/mm,随后以5℃-10℃/min的加热速度升温至1170℃-1190℃,保温时间为30h-40h,保温结束后在空气中冷却。
5.根据权利要求1所述一种GH3039高温合金棒材制备方法,其特征在于,步骤4所述退火后的坯料加热保温具体过程为:对退火后的坯料进行加热,加热至800℃,保温系数为0.6min/mm,随后以10℃-20℃/min的加热速度升温至1050℃-1070℃,保温系数为0.6min/mm。
6.根据权利要求1所述一种GH3039高温合金棒材制备方法,其特征在于,步骤5所述镦拔完成后的坯料加热保温具体为:对坯料进行加热,以10℃-20℃/min的加热速度升温至1000-1030℃,保温系数为0.8min/mm,将加热的坯料采用硅酸铝保温棉软包套,在包套前的温度下保温60-90min,通过加热炉进行补热至1000-1030℃。
7.根据权利要求1所述一种GH3039高温合金棒材制备方法,其特征在于,步骤6所述拔长完成后的物料加热保温具体过程为:对拔长完成后的物料以10-20℃/min的加热速度升温至950-1000℃,保温系数为0.5min/mm。
8.根据权利要求1所述一种GH3039高温合金棒材制备方法,其特征在于,步骤6所述1火次摔圆锻造采用弹簧砧摔圆。
9.一种GH3039高温合金棒材,其特征在于,按照权利要求1-8任意一项所述的一种GH3039高温合金棒材制备方法制备,晶粒度按GB6395评级达到5级以上,碳化物呈条带状弥散分布。
10.根据权利要求9所述一种GH3039高温合金棒材,其特征在于,所述GH3039高温合金棒材能够满足室温拉伸强度值为800-900MPa,室温拉伸延伸率为50-70%,800℃高温拉伸强度为370-450MPa,800℃高温拉伸延伸率为90-120%。
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