[發明專利]一種高溫合金的模鍛方法

有效

• 申請號: 200710042561.8
• 申請日: 2007-06-25
• 公開（公告）號: CN101332484A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發明（設計）人: 周奠華;王建平;陳國勝;吳瑞恒;金偉國
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: B21J5/02
• 分類號: B21J5/02;B21J1/06;B21J1/02;B21J13/10
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司
• 代理人: 竺明

技術領域

本發明涉及高溫合金的鍛造熱加工變形工藝，尤其是指用于如GH4169高溫合金的模鍛方法。

背景技術

GH4169合金被稱為高溫合金的支柱，是國際上應用最廣泛的高溫合金品種；根據GH4169合金產品的晶粒組織，可分為粗晶產品、細晶產品。GH4169合金細晶鍛件(具有細晶特征和δ相球化特征)，由于具有良好的低周疲勞性能及高周疲勞性能，良好的強韌化綜合平衡性能，在高新動力裝置的關鍵部件或重要部件中獲得了廣泛的應用。

這種GH4169合金細晶模鍛件，為防止在熱處理過程中產生晶粒粗化，其熱處理的固溶溫度應略低于δ相的溶解溫度，由于熱處理本身不可能實現晶粒的細化及δ相的球化。因此，細晶GH4169合金模鍛件在未經熱處理狀態下，應具有10級或更細的晶粒組織以及球狀δ相組織，并應避免模鍛件經機加工后的零件存在未再結晶的拉長晶冷模組織(上述苛刻的組織要求是國內外公認的難題)。細晶GH4169合金鍛件的模鍛熱加工工藝主要有二種：一種是采用保溫技術進行模鍛，簡稱保溫模鍛；另一種是采用熱模具進行模鍛，簡稱熱模鍛。

保溫模鍛，是我國高溫合金應用較多的模鍛技術。我國在20世紀80年代創新的模鍛坯復合包套保溫模鍛技術，曾為我國系列高溫合金模鍛件的開發發揮了重要的作用。所謂復合包套保溫模鍛，就是：首先對模鍛坯進行復合包套，將絕熱棉包復在模鍛坯的表面，再采用不銹鋼板包復絕熱棉，并焊接不銹鋼板接觸處；然后，將復合包套的模鍛坯在爐中加熱，并將加熱好的復合包套模鍛坯在壓機上進行保溫模鍛。

但是，該方法存在如下缺陷：

1.由于絕熱棉與模鍛坯之間未粘結成一體，絕熱棉包復不銹鋼板及焊接不銹鋼板時可發生漂移錯動，少數絕熱棉會發生破損，部分模鍛坯難以獲得充分有效的隔熱保溫效果；

2.模鍛坯表面用不銹鋼板全包復絕熱棉后，由于絕熱棉導熱系數低，復合包套的模鍛坯在加熱爐中加熱時升溫過程緩慢，導致模鍛坯加熱時間太長，在δ相析出峰溫度附近經過的時間較長，不利于模鍛時δ相的充分球化及δ相數量的合理控制；

3.模具采用合金鋼制造，在使用前加熱到350℃左右，由于模具的加熱溫度偏低，加上復合包套不能使模具坯獲得足夠的保溫效果，無法獲得無顯著冷模組織的模鍛件。為保證模鍛件成品加工后無冷模組織，模鍛坯的余量較大(以保證模鍛件機加工后的零件無冷模組織)，零件機加工的材料利用率較低；

4.坯料包復不銹鋼板會降低模鍛件成形的對稱性及尺寸精度。

熱模鍛：將模具激冷影響降至最低限度的一個途徑是采用耐高溫模具。這類模具通常是采用鑄造鎳基高溫合金材料(生產實踐中，常采用K3鑄造高溫合金)，根據采用的材料可加熱到540℃至830℃。采用較高的模具溫度，可以提高模鍛坯溫度的均勻性，獲得良好的顯微組織，但模具的制造難度、制造成本及使用壽命與應用需求的矛盾較大。

為實現GH4169合金鍛件的細晶要求，GH4169合金模鍛坯(細晶坯)的加熱溫度為990℃(以防止細晶坯加熱時晶粒粗化)，在這個加熱溫度下，GH4169合金模鍛時變形抗力很大，約為35kg/mm²，如果模具采用較高的加熱溫度，將導致模具容易變形，模具使用壽命偏低。曾采用K3鑄造高溫合金制造的模具模鍛細晶GH4169模鍛件，模具加熱溫度為800℃，僅模鍛二十幾件鍛件，模具即發生顯著變形。此外，由于鑄造高溫合金合金化程度很高，熔點較低，鑄造模具時防止模具產生疏松、偏析等缺陷的技術難題很大，模具制造成本甚高，我國細晶GH4169合金熱模鍛技術近年來方取得初步開發，其發展受制于熱模鍛用的鑄造高溫合金模具。綜上所述，現有的保溫模鍛和熱模鍛方法均具有一定的局限性。

發明內容

本發明的目的是提供一種高溫合金的模鍛方法，解決現有“復合包套”方式導致模鍛坯在加熱爐中升溫緩慢的缺點，提高絕熱棉材料對工件的保溫效果及可操作性，并降低應用保溫材料的成本；另一方面，實現對工件的良好絕熱保溫，從而可以采用較低的模具溫度，可充分緩解熱模鍛模具壽命低和制造難度大的問題，最終，制造出細晶要求的如GH4169合金鍛件，滿足高新動力裝置關鍵部件(或重要部件)的應用要求。