CN114472514A

CN114472514A - 难变形高温合金GH4720Li均质细晶棒材轧制方法

Info

Publication number: CN114472514A
Application number: CN202210117603.4A
Authority: CN
Inventors: 马腾飞; 景建发; 刘谨; 张建伟; 付宝全
Original assignee: Xi'an Juneng High Temperature Alloy Material Technology Co ltd
Current assignee: Xi'an Juneng High Temperature Alloy Material Technology Co ltd
Priority date: 2022-02-08
Filing date: 2022-02-08
Publication date: 2022-05-13

Abstract

难变形高温合金GH4720Li均质细晶棒材轧制方法，具体步骤为：采用3+1横列式轧机对Φ53mm的GH4720Li坯料进行轧制，为避免轧制过程中温度降低，棒材采用软包套处理，经一火4～8道次轧制为Φ20～33mm成品，采用7棍矫直机对轧制棒材坯料进行在线矫直，提高棒材的直线度，矫直结束后厂房内空冷。本发明解决了难变形高温合金轧制开裂、组织不均匀、易混晶问题，棒材晶粒度达到均匀ASTM 8～9级以上，其室温抗拉强度达到1652 MPa，延伸率达到14.5%。

Description

难变形高温合金GH4720Li均质细晶棒材轧制方法

技术领域

本发明属于高温合金热加工技术领域，具体涉及难变形高温合金GH4720Li均质细晶棒材轧制方法。

背景技术

GH4720Li 合金是一种镍基时效强化型高温合金，主要用于服役温度不超过 730℃的燃气涡轮发动机用关键转动部件，如涡轮盘、涡轮叶片等。GH4720Li合金中加入了大量的强化元素(如 Al、Ti、Mo、W等)，该合金中强化元素的总量达11.5%左右，其中，γ′强化相形成元素Al+Ti含量高达7.5%。合金元素的加入使得合金的γ′相含量在 40%左右，固溶强化元素使得合金具有优良的高温性能。随着合金化程度的提高，合金的高温强度提高，合金的熔点降低，成分不均匀性增大，强化相 γ′数量增加，且 γ′相的全溶温度上升，动态再结晶温度上升，由此导致合金的热加工温度范围越来越窄，热变形抗力急剧增大，热加工塑性降低。GH4720Li在难变形高温合金中属于极难加工的一种，主要表现为变形温度窗口窄、变形抗力大、热塑性差，处于变形方式生产与不可变形方式生产的临界点。高温合金棒材热轧制过程中温降快，较快温降易导致表面开裂，对于难变形高温合金来说裂纹极易扩展导致坯料开裂；同时轧制过程中会出现卡棍、飞边、折叠、轧制耳朵、棒材边部粗晶和低倍亮圈等，这些都是轧制棒材温度及变形不均匀导致。若不对轧制工艺进行调整，这种折叠、轧制耳朵会阻碍棒材的下一道轧制工序，低倍组织和高倍组织的不合难以避免；为了避免合金变形抗力大，热塑性差就需要选择合理的加工温度和加工变形方式，因此合理热加工温度及轧制变形量是GH4720Li均质性细晶棒材研制过程中控制的关键。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供难变形高温合金GH4720Li均质细晶棒材轧制方法，具有棒材组织均匀、成品率高、生产效率高、适用于批量化生产的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

难变形高温合金GH4720Li均质细晶棒材轧制方法，包括以下步骤：

步骤1，坯料表面进行剥皮处理；

步骤2，为避免轧制过程中温度降低，轧制前坯料采用软包套处理，包套材料为石棉，粘结剂为玻璃粉；

步骤3，采用3+1横列式轧机对坯料进行一火4～8道次轧制，轧制完成后进行在线矫直；

步骤4，采用7棍在线矫直机对直径为Φ20～33mm棒材进行在线矫直，弯曲度≤1mm/m，矫直径缩≤0.15，矫直结束后厂房空冷。

步骤1，所述的剥皮处理是采用车床对坯料进行表面车光，Ra≤2.0μm，避免坯料中的微裂纹或者缺陷在轧制变形过程中扩展，引起开裂，车光后坯料尺寸为Φ53±3mm。

所述的步骤2，具体做法是：将玻璃粉均匀涂覆在石棉上，随后将加热的坯料放置在石棉上进行包套。

所述的步骤3，加热温度为1100～1140℃，保温时间为60～120min，单道次轧制变形量为10～30%，轧制完成后进行在线矫直。

所述的步骤4，在线矫直变形量控制在10%以内。

本发明的有益效果是：

本发明旨在提供一种难变形高温合金GH4720Li均质细晶棒材轧制方法，用以获得表面质量良好，组织均匀的GH4720Li轧制棒材。由于采用3+1横列式轧机进行Φ53mm规格GH4720Li合金圆棒坯料一火4～6道次轧制，加热温度为1100～1140℃，保温时间为60～120min，具有棒材组织均匀、成品率高、生产效率高、适用于批量化生产的优点；由于坯料采用软包套技术，具有防止物料转移和轧制过程中温度降低的优点；单道次轧制变形量为10～30%，轧制完成后采用7棍矫直机对轧制棒材坯料进行在线矫直，提高棒材的直线度，矫直结束后厂房内空冷，棒材主要规格是Φ20～33mm。经检验棒材晶粒度达到ASTM8级以上，无局部大晶粒及混晶等组织缺陷，棒材组织均匀性良好。软包套可有效防止物料转移和轧制过程中温度降低，导致轧制抗力过大和组织不均匀。同时软包套在轧制过程中能够起到良好的润滑作用，降低轧制变形抗力，提高表面质量；

本发明解决了难变形高温合金轧制开裂、组织不均匀、易混晶问题，棒材晶粒度达到均匀ASTM8级以上，其室温抗拉强度达到1652 MPa，延伸率达到14.5%。

附图说明

图1为本发明GH4720Li轧制棒材金相的心部组织金相图。

图2为本发明GH4720Li轧制棒材金相的R/2部组织金相图。

图3为本发明GH4720Li轧制棒材金相边部组织金相图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明涉及难变形高温合金GH4720Li均质细晶棒材轧制方法，具体包括以下步骤：

步骤1，采用车床对坯料进行表面车光，Ra≤2.0μm，避免坯料中的微裂纹或者缺陷在轧制变形过程中扩展，引起开裂，车光后坯料尺寸为Φ53±3mm；

步骤2，坯料采用软包套，将玻璃粉均匀涂覆在石棉上，随后将加热的坯料放置在石棉上进行包套；软包套可有效防止物料转移和轧制过程中温度降低，导致轧制抗力过大和组织不均匀。同时软包套在轧制过程中能够起到良好的润滑作用，降低轧制变形抗力，提高表面质量；

步骤3，采用3+1横列式轧机对坯料进行一火4～8道次轧制，加热温度为1100～1140℃，保温时间为60～120min，轧制中间道次变形量为20~30%，成品道次变形量为10～20%；轧制完成后进行在线矫直；

步骤4，为确保棒材直线度，采用7棍在线矫直机对直径为Φ20～33mm棒材进行在线矫直，弯曲度≤1mm/m，矫直径缩≤0.15，在线矫直变形量控制在10%以内；矫直结束后厂房空冷。

采用7棍在线矫直机对Φ20～33mm棒材进行在线矫直，旨在提高棒材的直线度，在线矫直结束后的棒材在厂房包覆石棉冷却。

实施例1：

步骤1，先对坯料表面车光，Ra≤2.0μm，坯料规格为Φ50mm，坯料表面无肉眼可见裂纹和缺陷；

步骤2，为避免轧制过程中温度降低，轧制前坯料采用软包套处理，包套材料为石棉，粘结剂为玻璃粉；将玻璃粉均匀涂覆在石棉上，随后将加热的坯料放置在石棉上进行包套；

步骤3，采用3+1横列式轧机对Φ50mm规格的坯料进行轧制，棒坯在1100℃保温60min后，包石棉回炉保温60min，出炉进行轧制，第一道次变形量为18%，第二道次轧制变形量为28%，第三道次轧制变形量为26%，成品道次变形量为10%，轧制成品规格为Φ33mm；

步骤4，采用7棍矫直机对轧制结束直径为Φ33mm的圆棒坯料趁热矫直，矫直按照事先调整好的棍高，进行三次矫直，弯曲度为1mm/m，矫直径缩为0.15，在线矫直变形量控制在10%，最终获得Φ33mm形状规整的圆棒材坯料，在线矫直结束后的棒材在厂房空冷。

实施例2：

步骤1，先对坯料表面车光，Ra为1.0μm，坯料规格为Φ53mm，坯料表面无肉眼可见裂纹和缺陷；采用3+1横列式轧机对Φ53mm规格的坯料进行轧制，棒坯在1140℃保温120min后，包石棉回炉保温60min，出炉进行轧制，第一道次变形量为18%，第二道次轧制变形量为28%，第三道次轧制变形量为26%，第四道次轧制变形量为23%，第五道次轧制变形量为28%，第六道次轧制变形量为28%，第七道次轧制变形量为22%，成品道次变形量为10%，轧制成品规格为Φ20mm；采用7棍矫直机对轧制结束圆棒坯料趁热矫直，矫直按照事先调整好的棍高，进行三次矫直，弯曲度为1mm/m，矫直径缩为0.15，在线矫直变形量控制在1%，最终获得Φ20mm形状规整的圆棒材坯料，在线矫直结束后的棒材在厂房空冷。

实施例3：

步骤1，先对坯料表面车光，Ra为2.0μm，坯料规格为Φ56mm，坯料表面无肉眼可见裂纹和缺陷；

步骤3，采用3+1横列式轧机对Φ56mm规格的坯料进行轧制，棒坯在1120℃保温90min后，包石棉回炉保温90min，出炉进行轧制，第一道次变形量为18%，第二道次轧制变形量为28%，第三道次轧制变形量为26%，第四道次轧制变形量为23%，第五道次轧制变形量为28%，成品道次变形量为10%，轧制成品规格为Φ24mm；

步骤4，采用7棍矫直机对轧制结束直径为Φ24mm的圆棒坯料趁热矫直，矫直按照事先调整好的棍高，进行三次矫直，弯曲度为1mm/m，矫直径缩为0.15，在线矫直变形量控制在10%，最终获得Φ24mm形状规整的圆棒材坯料，在线矫直结束后的棒材在厂房空冷。

对轧制棒材组织进行观察，参见图1～3为Φ33mm棒材不同部位的金相组织：图1为心部组织金相图；图2为R/2部组织金相图；图3为边部组织金相图，组织均匀性良好，无条带和混晶等典型缺陷组织，心部至边部晶粒度平均晶粒度达到ASTM9级，且心部至边部晶粒度极差在两级以内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方案。

Claims

1.难变形高温合金GH4720Li均质细晶棒材轧制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，坯料表面进行剥皮处理；

2.根据权利要求1所述的难变形高温合金GH4720Li均质细晶棒材轧制方法，其特征在于，步骤1，所述的剥皮处理是采用车床对坯料进行表面车光，Ra≤2.0μm，避免坯料中的微裂纹或者缺陷在轧制变形过程中扩展，引起开裂，车光后坯料尺寸为Φ53±3mm。

3.权利要求1所述的难变形高温合金GH4720Li均质细晶棒材轧制方法，其特征在于，所述的步骤2，具体做法是：将玻璃粉均匀涂覆在石棉上，随后将加热的坯料放置在石棉上进行包套。

4.权利要求1所述的难变形高温合金GH4720Li均质细晶棒材轧制方法，其特征在于，所述的步骤3，加热温度为1100～1140℃，保温时间为60～120min，单道次轧制变形量为10～30%，轧制完成后进行在线矫直。

5.权利要求1所述的难变形高温合金GH4720Li均质细晶棒材轧制方法，其特征在于，所述的步骤4，在线矫直变形量控制在10%以内。