[發(fā)明專利]制備難變形合金餅坯的快速等溫鍛造方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110183651.5
• 申請(qǐng)日: 2011-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102303083A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮滌;付銳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號(hào): B21J5/02
• 分類號(hào): B21J5/02;B21J9/00
• 代理公司: 北京華誼知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鍛造技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種制備難變形合金餅坯的快速等溫鍛造方法和裝置，采用電渣重熔連續(xù)定向凝固技術(shù)或其它任何具有可操作性的工藝制備的具有良好熱加工塑性的坯料在空氣中完成快速等溫鍛造過(guò)程并獲得具有均勻等軸晶組織餅坯，該餅坯可直接使用，也可作為下一步模鍛的坯料。

背景技術(shù)

渦輪盤是航空發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的熱端零部件之一，被稱為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟。由于渦輪盤在高溫工作環(huán)境下承受高的載荷，且本身在高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)還起到傳送扭矩的作用，工作條件非常苛刻，對(duì)材料性能的要求極高。本發(fā)明與渦輪盤的制備技術(shù)有關(guān)。

目前制備渦輪盤的工藝為：棒坯+鐓壓成餅坯+模鍛+熱處理+機(jī)加工。其中棒坯的制備工藝有兩種，一是傳統(tǒng)的鑄鍛工藝(Cast/Wrought，C/W)，該工藝?yán)谜婵崭袘?yīng)熔煉+電渣重熔+真空電弧重熔三聯(lián)工藝制備鑄錠，經(jīng)開(kāi)坯鍛造獲得棒坯，然而對(duì)于650℃以上使用的渦輪盤(例如FGH96、FGH98等合金渦輪盤)，由于材料合金化程度高而無(wú)法采用傳統(tǒng)工藝實(shí)現(xiàn)鑄錠開(kāi)坯；第二種工藝是上世紀(jì)六十年代出現(xiàn)的粉末冶金工藝(Powder?Metallurgy，P/M)+等靜壓或擠壓得到棒坯，該工藝能夠獲得組織均勻，偏析程度較低的棒坯。然而粉末冶金工藝存在著熱誘導(dǎo)空洞(TIP)、原始顆粒邊界(PPB)和夾雜物超標(biāo)等問(wèn)題，而且粉末冶金工藝生產(chǎn)周期長(zhǎng)、材料成材率低、生產(chǎn)設(shè)備昂貴，導(dǎo)致粉末冶金渦輪盤的成本非常高。

鋼鐵研究總院針對(duì)我國(guó)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤制備過(guò)程存在的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)成功了真空/氣體保護(hù)電渣重熔連續(xù)定向凝固(ESR-CDS)技術(shù)，并成功申報(bào)了國(guó)家發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)枺?01010614036.0)。利用該項(xiàng)技術(shù)可制備大尺寸、高純凈、低偏析的定向凝固難變形高溫合金坯錠，通過(guò)等溫鍛造可以生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)用渦輪盤，克服了傳統(tǒng)變形工藝無(wú)法制備更高合金化水平(使用溫度超過(guò)650℃)渦輪盤的問(wèn)題，同時(shí)解決了粉末冶金工藝生產(chǎn)渦輪盤存在的熱誘導(dǎo)空洞(TIP)、原始顆粒邊界(PPB)和夾雜物超標(biāo)，特別是價(jià)格昂貴等問(wèn)題。

棒坯鍛造工藝是制備組織均勻餅坯的關(guān)鍵，鍛造條件的選擇依據(jù)主要有以下兩點(diǎn)：一是鍛造鎳基高溫合金的性能和冶金特征；二是鍛壓模具材料的性能。鍛壓模具材料的強(qiáng)度應(yīng)該足夠高從而使工件在它們之間發(fā)生變形，而且鍛造合金在鍛造結(jié)束后必須具有良好的性能。

目前常用的鍛造工藝有熱模鍛造和等溫鍛造兩種工藝，其中熱模鍛是將上下模具加熱到400℃～600℃之間，而坯料加熱到較高的溫度然后將坯料包裹上保溫用的纖維氈后進(jìn)行鍛造的工藝，由于模具的加熱溫度較低，對(duì)模具材料的要求不是很高，但是，該工藝往往因?yàn)樯舷履＞邷囟冗^(guò)低從而造成坯錠鍛壓失穩(wěn)或組織不均勻，因此，對(duì)于650℃以上使用的高合金化高溫合金渦輪盤通常不同這種鍛壓工藝；另一種鍛壓工藝是等溫鍛造工藝，該工藝是將模具與棒坯加熱到大致相同的溫度，然后以一定的速率鍛造成餅坯的工藝，它消除了冷模對(duì)鍛造過(guò)程的影響，有利于獲得組織均勻的餅坯。然而，像FGH96和FGH98這樣的難變形高溫合金的等溫鍛造溫度一般在1050℃以上，對(duì)模具材料的要求非常高，目前通常使用的模具材料是較為昂貴的鉬合金，且這種模具材料在大氣環(huán)境下極易氧化，因此鍛造過(guò)程必須在真空或惰性氣體保護(hù)環(huán)境下進(jìn)行。真空或惰性氣體保護(hù)條件必然會(huì)增加工藝的復(fù)雜性和成本。

因此，需要一種改進(jìn)的方法，一方面能得到性能良好的鍛件，另一方面能降低餅坯的制備成本。本發(fā)明采用真空/氣體保護(hù)電渣重熔連續(xù)定向凝固技術(shù)或其它任何具有可操作性的工藝制備具有良好熱加工塑性的坯料，通過(guò)大氣下的快速等溫鍛造技術(shù)獲得組織均勻的餅坯件，可大幅度降低餅坯的制備成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種制備難變形合金餅坯的快速等溫鍛造方法和裝置，能明顯降低難變形高溫合金(例如FGH96或FGH98等)渦輪盤用餅坯成本的制備技術(shù)。鍛造后合金具有理想的晶粒組織可以滿足合金餅坯后續(xù)的模鍛、熱處理工藝對(duì)組織的要求。

本發(fā)明提供的餅坯制備方法包括以下幾步：

1、準(zhǔn)備坯料：采用電渣重熔連續(xù)定向凝固技術(shù)或其它任何具有可操作性的工藝制備具有良好熱加工塑性的坯料；

2、選用鎳基高溫合金鍛壓模具，所選用的模具材料是一種在相應(yīng)的鍛造溫度(1050℃～1150℃)和鍛造變形速率(0.001～1s^-1)下的蠕變強(qiáng)度高于鍛造合金流變應(yīng)力的鎳基高溫合金；

3、確定鍛壓溫度為1050℃～1150℃，控制變形量50％～90％，變形速率0.001s^-1～1s^-1；