CN118321475A - 一种高温合金的锻造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种高温合金的锻造工艺。一种高温合金的锻造工艺，包括以下步骤：切割下料；微波预热；粉末喷涂；第一锻造阶段；第二锻造阶段。本发明通过改进锻造工艺，在固溶温度进行预锻，随后进行回归再时效，最终进行终锻，最后再采用固溶处理，回归再时效能够使锻件的强度和硬度不均匀性得以改善，同时提高抗应力腐蚀性能，固溶中预锻有利于提升材料的析出强化和位错强化，终锻后固溶有利于提升合金的抗拉强度和屈服强度，进一步提升高温合金的整体性能。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种高温合金的锻造工艺。
背景技术
高温合金是一种在航天航空等领域应用广泛的难加工材料，常见的高温合金在承温能力、强度、持久性能等方面较为优异，但在拥有优异力学性能和承温能力的同时，对于复杂的合金化配比和高合金化，会大大的增加热加工成形的难度，对锻造和热处理工艺提出了很高要求，因此，选择合适的锻造工艺进行优质、高效、高质量的精益生产，成为高温合金发展的关键。
现有的高温合金锻造工艺中，一般锻前加热温度较高，以补偿锻件在转移过程中的温降；锻件长时间处于γ’相溶解温度附近加热，会造成锻件锻后局部区域存在粗晶现象，而现有的热模锻技术受制于模具成本和加热时间等因素的制约，模具预热温度偏低，坯料接触模具后迅速降温形成变形死区，容易造成锻件开裂及冷模组织，导致高温合金的强度和硬度的不均匀性增加，因此，亟需提供一种高温合金的锻造工艺，以有效实现锻件质量的一致性、提高锻件成品的合格率、有效提高锻件成品质量。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高温合金的锻造工艺。
一种高温合金的锻造工艺，包括以下步骤：
步骤一、切割下料：取经过冶炼工艺冶炼后的合金铸锭，将合金铸锭切割至需求尺寸，得合金坯料；
步骤二、微波预热：采用工业微波设备对坯料进行微波预热处理，再转入高温电炉中加热升温至1190-1210℃，保温时间为2-3h，得预热坯料；
步骤三、粉末喷涂：采用高能等离子对预热坯料进行粉末喷涂，形成厚度148-152μm的涂层；
步骤四、第一锻造阶段：将预热坯料在1050-1210℃下保温1-3h固溶处理，将坯料放入锻造模具的型腔内并通过1250T压力机内立料镦粗、并拔长形成锻件，室温水淬后立即进行回归再时效，完成第一锻造阶段；
步骤五、第二锻造阶段：将锻件加热至1100-1160℃，重新放入锻造模具的型腔内后，通过1250T的压力机立料镦粗、然后展宽、拔长并整形至需求尺寸，锻造后于820-850℃固溶处理6-10h，空冷至室温，进行氮化处理，经650-800℃下保持50s退火处理，存放，完成高温合金的锻造。
进一步地，所述冶炼工艺为真空感应熔炼+真空自耗重熔的双联冶炼工艺，或真空感应熔炼+保护性气氛电渣熔炼+真空自耗熔炼的三联熔炼工艺。
进一步地，所述切割工艺包括激光切割、电火花线切割和线切割的一种或多种。
进一步地，所述微波预热的具体工业参数为：微波预热时间45s，预压高度60mm，微波预热功率6×750W。
进一步地，所述高能等离子喷涂的主气为N2，辅气和载气为Ar2；喷涂功率为30Kw，距离为100mm，主气流量为60L/min，辅气流量为25L/min，载气流量为2L/min。
进一步地，所述回归再时效的工艺包括：以升温速率10-15℃/h升温至700-830℃，并保温2-6h时效处理。
进一步地，所述第一锻造阶段和第二锻造阶段中，每火次锻造过程锻件均包裹保温石棉。
进一步地，所述氮化处理是在H2+N2+NH3气氛中，于750℃下经120s氮化。
进一步地，所述高温合金铸锭，以质量百分比计包括：30-42%的铁、18-25%的Cr、1.5-2.5%的钛、1.2-2.5%的铝、0.5-2%的铊、0.5-1.5%的铪、0.02%-0.1%的锆、0.03-0.1%的碳、0.001-0.006%的硼，余量为镍。
进一步地，所述涂层为NiCrAlY涂层。
本发明达到的有益效果为：1、本发明通过改进锻造工艺，在固溶温度进行预锻，随后进行回归再时效，最终进行终锻，最后再采用固溶处理，回归再时效能够使锻件的强度和硬度不均匀性得以改善，同时提高抗应力腐蚀性能，固溶中预锻有利于提升材料的析出强化和位错强化，终锻后固溶有利于提升合金的抗拉强度和屈服强度，进一步提升高温合金的整体性能。
2、本发明选用氮化退火处理，经过氮化处理后，能够促进抑制部分元素的二次结晶，在退火阶段有利于元素的向内扩散，提升高温合金性能的均匀性。
3、本发明采用微波预热再升温工艺，利用微波加热具有定向性的特点，可使坯料快速升温，能够使坯料内部温度分布均匀，提升加热效率。
4、本发明采用时效处理工艺，能够调整锻件析出相，消除高温合金的各向异性，有助于高温合金的优异性能的发挥。
5、本发明通过多种工艺技术结合使用，能够提高对高温合金的锻造效率。
附图说明
图1为本发明实施例所采用的高温合金的锻造工艺的原理框图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1：一种高温合金的锻造工艺，如图1所示，包括如下步骤：
步骤一、切割下料
取经过冶炼工艺冶炼后的合金铸锭，将合金铸锭切割至需求尺寸，得合金坯料；冶炼工艺为真空感应熔炼+真空自耗重熔的双联冶炼工艺；合金铸锭以质量百分比计包括：30-42%的铁、18-25%的Cr、1.5-2.5%的钛、1.2-2.5%的铝、0.5-2%的铊、0.5-1.5%的铪、0.02%-0.1%的锆、0.03-0.1%的碳、0.001-0.006%的硼，余量为镍；切割工艺为电火花线切割；
步骤二、微波预热
采用工业微波设备对坯料进行微波预热处理，微波预热时间45s，预压高度60mm，微波预热功率6×750W，再转入高温电炉中加热升温至1190℃，保温时间为3h，得预热坯料；
步骤三、粉末喷涂
采用高能等离子对预热坯料进行粉末喷涂，高能等离子喷涂的主气为N2，辅气和载气为Ar2；喷涂功率为30Kw，距离为100mm，主气流量为60L/min，辅气流量为25L/min，载气流量为2L/min，形成厚度148μm的涂层；
步骤四、第一锻造阶段
将预热坯料在1050℃下保温3h固溶处理，将坯料放入锻造模具的型腔内并通过1250T压力机内立料镦粗、并拔长形成锻件，室温水淬后立即进行回归再时效，以升温速率10℃/h升温至700℃，并保温4h时效处理，完成第一锻造阶段；
步骤五、第二锻造阶段
将锻件加热至1100℃，重新放入锻造模具的型腔内后，通过1250T的压力机立料镦粗、然后展宽、拔长并整形至需求尺寸，锻造后于820℃固溶处理7h，空冷至室温，进行氮化处理，在H2+N2+NH3气氛中，于750℃下经120s氮化，经650℃下保持50s退火处理，存放，完成高温合金的锻造，第一锻造阶段和第二锻造阶段中，每火次锻造过程锻件均包裹保温石棉。
实施例2：一种高温合金的锻造工艺，如图1所示，包括如下步骤：
步骤一、切割下料
取经过冶炼工艺冶炼后的合金铸锭，将合金铸锭切割至需求尺寸，得合金坯料；冶炼工艺为真空感应熔炼+真空自耗重熔的双联冶炼工艺；合金铸锭以质量百分比计包括：30-42%的铁、18-25%的Cr、1.5-2.5%的钛、1.2-2.5%的铝、0.5-2%的铊、0.5-1.5%的铪、0.02%-0.1%的锆、0.03-0.1%的碳、0.001-0.006%的硼，余量为镍；切割工艺为电火花线切割；
步骤二、微波预热
采用工业微波设备对坯料进行微波预热处理，微波预热时间45s，预压高度60mm，微波预热功率6×750W，再转入高温电炉中加热升温至1200℃，保温时间为3h，得预热坯料；
步骤三、粉末喷涂
采用高能等离子对预热坯料进行粉末喷涂，高能等离子喷涂的主气为N2，辅气和载气为Ar2；喷涂功率为30Kw，距离为100mm，主气流量为60L/min，辅气流量为25L/min，载气流量为2L/min，形成厚度148μm的涂层；
步骤四、第一锻造阶段
将预热坯料在1150℃下保温3h固溶处理，将坯料放入锻造模具的型腔内并通过1250T压力机内立料镦粗、并拔长形成锻件，室温水淬后立即进行回归再时效，以升温速率12℃/h升温至750℃，并保温4h时效处理，完成第一锻造阶段；
步骤五、第二锻造阶段
将锻件加热至1120℃，重新放入锻造模具的型腔内后，通过1250T的压力机立料镦粗、然后展宽、拔长并整形至需求尺寸，锻造后于830℃固溶处理7h，空冷至室温，进行氮化处理，在H2+N2+NH3气氛中，于750℃下经120s氮化，经700℃下保持50s退火处理，存放，完成高温合金的锻造，第一锻造阶段和第二锻造阶段中，每火次锻造过程锻件均包裹保温石棉。
实施例3：一种高温合金的锻造工艺，如图1所示，包括如下步骤：
步骤一、切割下料
取经过冶炼工艺冶炼后的合金铸锭，将合金铸锭切割至需求尺寸，得合金坯料；冶炼工艺为真空感应熔炼+真空自耗重熔的双联冶炼工艺；合金铸锭以质量百分比计包括：30-42%的铁、18-25%的Cr、1.5-2.5%的钛、1.2-2.5%的铝、0.5-2%的铊、0.5-1.5%的铪、0.02%-0.1%的锆、0.03-0.1%的碳、0.001-0.006%的硼，余量为镍；切割工艺为电火花线切割；
步骤二、微波预热
采用工业微波设备对坯料进行微波预热处理，微波预热时间45s，预压高度60mm，微波预热功率6×750W，再转入高温电炉中加热升温至1190℃，保温时间为2.5h，得预热坯料；
步骤三、粉末喷涂
采用高能等离子对预热坯料进行粉末喷涂，高能等离子喷涂的主气为N2，辅气和载气为Ar2；喷涂功率为30Kw，距离为100mm，主气流量为60L/min，辅气流量为25L/min，载气流量为2L/min，形成厚度148μm的涂层；
步骤四、第一锻造阶段
将预热坯料在1050℃下保温2h固溶处理，将坯料放入锻造模具的型腔内并通过1250T压力机内立料镦粗、并拔长形成锻件，室温水淬后立即进行回归再时效，以升温速率10℃/h升温至700℃，并保温3h时效处理，完成第一锻造阶段；
步骤五、第二锻造阶段
将锻件加热至1100℃，重新放入锻造模具的型腔内后，通过1250T的压力机立料镦粗、然后展宽、拔长并整形至需求尺寸，锻造后于820℃固溶处理9h，空冷至室温，进行氮化处理，在H2+N2+NH3气氛中，于750℃下经120s氮化，经650℃下保持50s退火处理，存放，完成高温合金的锻造，第一锻造阶段和第二锻造阶段中，每火次锻造过程锻件均包裹保温石棉。
性能测试
选取实施例1、实施例2、实施例3所锻造后的高温合金作为测试试样，进行性能测试，测试后的结果符合以下条件：
室温拉伸状态下：抗拉强度(MPa)≤1117，屈服强度(MPa)≤731，延伸率(％)≤20，断面收缩率(％)≤23；
760℃高温拉伸状态下：抗拉强度(MPa)≤820，屈服强度(MPa)≤607，延伸率(％)≤8，断面收缩率(％)≤10。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种高温合金的锻造工艺，包括以下步骤：
步骤一、切割下料：取经过冶炼工艺冶炼后的合金铸锭，将合金铸锭切割至需求尺寸，得合金坯料；
步骤二、微波预热：采用工业微波设备对坯料进行微波预热处理，再转入高温电炉中加热升温至1190-1210℃，保温时间为2-3h，得预热坯料；
步骤三、粉末喷涂：采用高能等离子对预热坯料进行粉末喷涂，形成厚度148-152μm的涂层；
步骤四、第一锻造阶段：将预热坯料在1050-1210℃下保温1-3h固溶处理，将坯料放入锻造模具的型腔内并通过1250T压力机内立料镦粗、并拔长形成锻件，室温水淬后立即进行回归再时效，完成第一锻造阶段；
步骤五、第二锻造阶段：将锻件加热至1100-1160℃，重新放入锻造模具的型腔内后，通过1250T的压力机立料镦粗、然后展宽、拔长并整形至需求尺寸，锻造后于820-850℃固溶处理6-10h，空冷至室温，进行氮化处理，经650-800℃下保持50s退火处理，存放，完成高温合金的锻造。
2.根据权利要求1所述的一种高温合金的锻造工艺，其特征在于，所述冶炼工艺为真空感应熔炼+真空自耗重熔的双联冶炼工艺，或真空感应熔炼+保护性气氛电渣熔炼+真空自耗熔炼的三联熔炼工艺。
3.根据权利要求1所述的一种高温合金的锻造工艺，其特征在于，所述切割工艺包括激光切割、电火花线切割和线切割的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种高温合金的锻造工艺，其特征在于，所述微波预热的具体工业参数为：微波预热时间45s，预压高度60mm，微波预热功率6×750W。
5.根据权利要求1所述的一种高温合金的锻造工艺，其特征在于，所述高能等离子喷涂的主气为N2，辅气和载气为Ar2；喷涂功率为30Kw，距离为100mm，主气流量为60L/min，辅气流量为25L/min，载气流量为2L/min。
6.根据权利要求1所述的一种高温合金的锻造工艺，其特征在于，所述回归再时效的工艺包括：以升温速率10-15℃/h升温至700-830℃，并保温2-6h时效处理。
7.根据权利要求1所述的一种高温合金的锻造工艺，其特征在于，所述第一锻造阶段和第二锻造阶段中，每火次锻造过程锻件均包裹保温石棉。
8.根据权利要求1所述的一种高温合金的锻造工艺，其特征在于，所述氮化处理是在H2+N2+NH3气氛中，于750℃下经120s氮化。
9.根据权利要求1所述的一种高温合金的锻造工艺，其特征在于，所述高温合金铸锭，以质量百分比计包括：30-42%的铁、18-25%的Cr、1.5-2.5%的钛、1.2-2.5%的铝、0.5-2%的铊、0.5-1.5%的铪、0.02%-0.1%的锆、0.03-0.1%的碳、0.001-0.006%的硼，余量为镍。
10.根据权利要求1所述的一种高温合金的锻造工艺，其特征在于，所述涂层为NiCrAlY涂层。
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Legal Events
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