專利名稱：一種大規(guī)格高溫合金圓餅的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種冶金行業(yè)高溫合金圓餅的制備方法，尤其涉及一種難 變形高溫合金圓餅的制備方法。
背景技術：
高溫合金是現(xiàn)代航空、航天發(fā)動機所必需的重要金屬材料。它能在高溫環(huán)境(一般指60(TC 90(TC)、氧化氣氛和燃氣腐蝕條件下，承受較大 應力并長期使用。高溫合金根據(jù)其合金元素的含量可以初步確定該合金的 變形抗力和鍛造加工塑性。通常合金化程度低的高溫合金其加工變形抗力低，有良好的鍛造加工 塑性，也比較容易變形加工；而合金化程度高的高溫合金變形抗力大，熱 加工塑性差，不易鍛造加工，這些高合金化不易鍛造的合金通常被稱為難 變形高溫合金。GH105合金就屬于難變形高溫合金。GH105合金是一種高 溫合金的名稱代號，該合金主要用于制造先進航空發(fā)動機的葉片、密封件、 緊固件等關鍵部件，是國內新型先進航空發(fā)動機的重要用材。我國生產的新一代航空發(fā)動機中的部分零部件就是利用GH105高溫 合金圓餅制造出來的。GH105合金是鎳基高溫合金，通常鎳基變形高溫合金A1 、 Ti兩元素 的含量之和在5.0。/。以上和y'強化相(一種金屬間化合物)析出量在30% 以上就屬于難變形高溫合金。而GH105合金中A1、 Ti兩元素的含量之和 在5.68 6.4%之間，熱處理時效后在奧氏體基體上析出的V強化相的析 出量可達到合金體積的45%以上，同時還含有Cr、 Co、 Mo等固溶強化元 素。因此GH105合金熱加工變形抗力非常強，并且熱加工塑性非常差。GH105合金的使用溫度可達90(TC左右，它具有良好的高溫強度、抗 疲勞蠕變和抗高溫氧化腐蝕等綜合性能。但由于該合金的合金化程度高， 變形抗力大，熱加工塑性差，可熱加工變形的溫度范圍在1050°C 1140 。C之間，范圍較窄，溫度一旦超出該區(qū)間，鍛造鋼錠便會嚴重開裂。用常 規(guī)鍛造方法來生產該高溫合金很難保證質量。 目前國內高溫合金圓餅的制備工藝是(1) 采用真空感應爐+真空自耗爐重熔的冶煉工藝，冶煉出直徑》0360mm的自耗錠；(2) 采用快鍛機等鍛壓設備，將該大錠型的自耗錠加熱拔長為較細 的合金圓棒，拔長比大于3;(3) 將合金圓棒表面進行機加工剝皮，使其表面無缺陷；(4) 圓棒定尺下料，即根據(jù)圓餅的尺寸，將合金圓棒截成尺寸合適 的小圓棒，合金圓棒的高徑比在2.0 2.5之間；(5) 坯料加熱，將定尺截下的小圓棒坯料在一定的加熱工藝下加熱；(6) 鐓餅將按照上述加熱工藝加熱之后的坯料轉移到壓機上，然后鐓壓到所需的規(guī)格。(7) 后續(xù)處理。對鐓好的毛坯圓餅進行機加工、熱處理以及性能測試等。上述常規(guī)工藝能夠制造大規(guī)格的非難變形高溫合金圓餅，而不能制造難變形高溫合金的大規(guī)格圓餅，原因如下用上述工藝方法無法冶煉直徑為360mm的GH105合金自耗錠； 即使能夠成功的冶煉出直徑為360mm以上的自耗錠，則該尺寸的自耗 錠的拔長工序也難以完成，因為GH105合金的合金化成度高，非常難變 形，需要多火次、多工序，同時在拔長時很容易開裂；合金熱加工變形溫度范圍較窄，在105(TC 114(TC之間，在轉移、鐓 餅過程中溫降太快，容易產生開裂，導致報廢；在鐓餅過程中不能保證總段比大于6，同時也不能改善合金錠的偏析程 度，也不能改善合金的熱加工塑性。發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種適于生產難變形高溫合金圓餅的制備方 法，通過對現(xiàn)有制造工藝的改進，生產出難變形大規(guī)格的高溫合金圓餅。為達上述目的，本發(fā)明的制備方法具體步驟如下(l)用真空感應爐冶煉電極棒，在合金冶煉時加入一定量的微量元素 Mg;(2) 電極棒表面磨光，將電極棒頭部的冒口去除；(3) 將磨光、去除冒口后的電極棒利用真空自耗爐重熔出自耗錠；(4) 自耗錠冷卻脫錠后，進行均勻化擴散退火處理；(5) 自耗錠表面車光；(6) 將自耗錠尾部切去約20mm 30mm，從自鋼錠尾部處定尺下料，下 料后坯料的高徑比為2.5 2.7;(7) 對坯料進行包套，對包套好的坯料加熱；(8) 鐓餅；(9) 冷卻；(10) 機加工。其中，在合金冶煉時加入的微量元素Mg占合金總重量的的重量百分 比為0.004%，加入Mg可以改善合金的熱加工塑性，提高合金的高溫晶 界強度和綜合力學性能。將磨光、去除冒口的電極棒利用真空自耗爐重熔出自耗錠，每爐自耗 錠重量大于170Kg;這種小錠型冷卻速度快，結晶狀態(tài)好，減少了熱應力 和組織轉變應力，可有效防止大鋼錠冶煉開裂的問題。自耗錠冷卻脫錠后，對其進行均勻化擴散退火處理，使合金減少偏析， 提高其熱加工塑性。在加熱爐內的溫度《70(TC時將自耗錠放入爐中，然 后開始升溫，從70(TC上升到1160士10。C至少需要6個小時；爐溫達到1160 士1(TC時，保持溫度不變，至少加熱8小時；接下來再開始升溫，從1160 土1(TC上升到ll卯士l(TC至少需要1個小時，當溫度達到1190士1(TC時， 再保持溫度不變，加熱至少15個小時。整個加熱過程要嚴格按照加熱工 藝進行，升溫時要以勻速升溫，爐溫偏差最多不超過2(TC。自耗錠尾部切除20 30mm，如果切除的少，有可能使自耗錠尾部的缺 陷部分沒有去除干凈，最終使成品圓餅的性能不合格；而切除的太多，則 沒有必要，造成浪費。本發(fā)明將坯料的高徑比為2.5 2.7，彌補了拔長比為零的不足，盡可 能使鍛比達到6左右，不影響合金的組織性能。對坯料進行包套將普碳鋼鋼管套在坯料上，然后再將同鋼種、同厚度的普碳鋼圓形鋼板焊接在鋼管的兩端面封蓋，焊接處密實牢固，同時在封蓋鋼板上留有直徑為cb20mm左右的圓孔，以防止在鍛壓時氣體膨脹導 致鋼套爆裂。對包套好的坯料進行加熱，在爐溫小于等于70(TC時將坯料放入爐中， 然后開始升溫，從70(TC上升到900士20。C至少需要3個小時；爐溫達到 900士2(TC時，保持溫度不變，至少加熱1小時；接下來再開始升溫，從 900士2(TC上升到1140士10。C至少需要4個小時，當溫度達到1140±10°C 時，再保持溫度不變，加熱至少3個小時。整個加熱過程要嚴格按照加熱 工藝進行，升溫時要以勻速升溫，爐溫偏差最多不超過2(TC。墩餅時將坯料迅速從爐體內轉移到鍛壓機上，調整好位置之后下壓， 鐓至原高度1/2時，再將坯料翻轉180°鍛至毛坯圓餅高度，整個鐓餅過 程一火完成。為了便于后續(xù)加工，在鐓餅過程中盡可能使毛坯圓餅的外圓 呈鼓形，兩端面盡可能平整，因為如果毛坯圓餅的外形圓呈鼓形，機加工 時車削量比較小，成材率高，節(jié)約成本。此外，終鍛溫度必須^105(TC,如果小于105(TC，在鍛打時會使坯料 產生嚴重的開裂現(xiàn)象，造成坯料報廢。冷卻采用的是鍛后空冷，鍛后空冷是指在坯料被鐓成所需尺寸的圓餅 之后，將圓餅直接轉移到空地放置，暴露在空氣中自然冷卻。鐓好的毛坯圓餅件表面狀態(tài)較差，同時為了去除表面的鋼套，須對圓 餅毛坯件進行機加工處理，對外圓以及端面進行車光，車光后表面平整、 無打磨。本發(fā)明的制備方法不改變現(xiàn)有裝備，對現(xiàn)有的常規(guī)工藝方法進行了工 藝改進對電極棒表面的處理；鋼錠不經(jīng)過拔長變形而是直接定尺下料; 提高了坯料高徑比；增加了坯料包套技術，生產出的大規(guī)格難變形合金圓 餅產品合格率高。 說明書附1為本發(fā)明中自耗錠均勻化擴散退火處理工藝圖。 圖2為本發(fā)明中坯料加熱工藝圖。
具體實施例方式
下面通過具體實施例來說明本發(fā)明的制備方法。 實施例1l.利用真空感應爐冶煉出4> 125 X 1820mm的電極棒，同時在合金冶煉 時加入占合金總重量的0.004%的微量元素Mg。2. 將電極棒表面利用剝皮機等設備磨光，且將電極棒頭部的冒口切除 干凈；3. 將磨光、去冒口的電極棒利用我廠的42# 2.5噸真空自耗爐重熔出O 170mm的自耗錠;4. 對自耗錠進行均勻化擴散退火處理，處理工藝見圖l所示；5. 利用車床將O170mm自耗錠車光到O 155mm，以去除黑皮和表面裂 紋等缺陷；6. 定尺下料將車光后的自耗錠尾部切去20 30mm長，然后自尾部 定尺下料，下料的規(guī)格為0 155x410mm，坯料的高徑比為2.65。7. 對坯料進行包套將內徑為(J)160mm、壁厚8mm、長約420mm的 普炭鋼管套在坯料上，然后再將同鋼種、同厚度、直徑4)176mm的鋼板焊 接在鋼管的兩端面封蓋，同時封蓋鋼板上留直徑為20mm的孔；對包套好 的坯料進行加熱，加熱工藝見圖2所示。對包套好的坯料進行加熱，在爐 溫小于等于70(TC時將坯料放入爐中，然后開始升溫，從70(TC上升到卯0 士2(TC至少需要3個小時；爐溫達到900土2(TC時，保持溫度不變，至少 加熱l小時；接下來再開始升溫，從900士2(TC上升到1140士1(TC至少需 要4個小時，當溫度達到1140士1(TC時，再保持溫度不變，加熱至少3個 小時。整個加熱過程要嚴格按照加熱工藝進行，升溫時要以勻速升溫，爐 溫偏差最多不超過2(TC。8. 墩餅坯料按照圖2的工藝加熱之后，迅速從爐體內轉移到鍛壓機 上， 一火(合金從坯料到成品的這個工程中，坯料只加熱了一次叫一火， 加熱了兩次叫兩火)將坯料鐓壓到高80mm，，在鐓餅過程中盡可能使坯 料的外圓呈鼓形，兩端面盡可能平整，終鍛溫度》105(TC;9.冷卻鍛后空冷，并且作好標記；IO.機加工鐓好的圓餅毛坯件表面狀態(tài)較差，同時為了去除表面的鋼套，須對毛坯圓餅進行機加工處理，對外圓以及端面都要車光，車光后的
成品尺寸為0345x50mm。 實施例21. 利用真空感應爐冶煉出4) 125X 1820mm的電極棒，同時在合金冶煉 時加入占合金總重量的0.004%的微量元素Mg。2. 將電極棒表面利用剝皮機等設備磨光，且將電極棒頭部的冒口切除 干凈；3. 將磨光、去冒口的電極棒利用我廠的42# 2.5噸真空自耗爐重熔出cD 170mm的自耗錠；4. 對自耗錠進行均勻化擴散退火處理，處理工藝見圖l所示；5. 利用車床將0 170mm自耗錠車光到O 155mm,以去除黑皮和表面裂 紋等缺陷；6. 定尺下料將車光后的自耗錠尾部切去20 30mm長，然后自尾部 定尺下料，下料的規(guī)格為0 155x388mm，坯料的高徑比為2.5。7. 對坯料進行包套將內徑為巾160mm、壁厚8mm、長約400mm的 普炭鋼管套在坯料上，然后再將同鋼種、同厚度、直徑4)176mm的鋼板焊 接在鋼管的兩端面封蓋，同時封蓋鋼板上留直徑為20mm的圓孔；對包套 好的坯料進行加熱，加熱工藝見圖2所示。在爐溫小于等于70(TC時將坯 料放入爐中，然后開始升溫，從70(TC上升到900士20。C至少需要3個小 時；爐溫達到900土2(TC時，保持溫度不變，至少加熱1小時；接下來再 開始升溫，從900士2(TC上升到1140士1(TC至少需要4個小時，當溫度達 到1140土1(TC時，再保持溫度不變，加熱至少3個小時。整個加熱過程要 嚴格按照加熱工藝進行，升溫時要以勻速升溫，爐溫偏差最多不超過20 。C。8. 墩餅坯料按照圖2的工藝加熱之后，迅速從爐體內轉移到鍛壓機上， 一火(合金從坯料到成品的這個工程中，坯料只加熱了一次叫一火，加熱了兩次叫兩火)將坯料鐓壓到高75mm在鐓餅過程中盡可能使坯料的 外圓呈鼓形，兩端面盡可能平整，終鍛溫度^105(TC;9.冷卻鍛后空冷，并且作好標記； IO.機加工鐓好的圓餅毛坯件表面狀態(tài)較差，同時為了去除表面的鋼套，須對圓餅毛坯件進行機加工處理，對外圓以及端面都要車光，車光后
的成品尺寸為^345x50mm。 實施例31. 利用真空感應爐冶煉出4) 125X 1820mm的電極棒，同時在合金冶煉 時加入占合金總重量的0.004%的微量元素Mg。2. 將電極棒表面利用剝皮機等設備磨光，且將電極棒頭部的冒口切除 干凈；3. 將磨光、去冒口的電極棒利用我廠的42#2.5噸真空自耗爐重熔出O 170mm的自耗錠；4. 對自耗錠進行均勻化擴散退火處理，處理工藝見圖l所示；5. 利用車床將O170mm自耗錠車光到O 155mm，以去除黑皮和表面裂 紋等缺陷；6. 定尺下料將車光后的自耗錠尾部切去20 30mm長，然后自尾部 定尺下料，下料的規(guī)格為0 155x420mm，坯料的高徑比為2.7。7. 對坯料進行包套將內徑為cj) 160mm、壁厚8mm、長約430mm的 普炭鋼管套在坯料上，然后再將同鋼種、同厚度、直徑4)176mm的鋼板焊 接在鋼管的兩端面封蓋，同時封蓋鋼板上留直徑為20mm的孔；對包套好 的坯料進行加熱，加熱工藝見圖2所示。在爐溫小于等于70(TC時將坯料 放入爐中，然后開始升溫，從700。C上升到900士2(TC至少需要3個小時； 爐溫達到900士2(TC時，保持溫度不變，至少加熱1小時；接下來再開始 升溫，從900士2(TC上升到1140土10。C至少需要4個小時，當溫度達到1140 土1(TC時，再保持溫度不變，加熱至少3個小時。整個加熱過程要嚴格按 照加熱工藝進行，升溫時要以勻速升溫，爐溫偏差最多不超過20。C。8. 鐓餅坯料按照圖2的工藝加熱之后，迅速從爐體內轉移到鍛壓機 上， 一火(合金從坯料到成品的這個工程中，坯料只加熱了一次叫一火， 加熱了兩次叫兩火)將坯料鐓壓到高82mm，在鐓餅過程中盡可能使坯料 的外圓呈鼓形，兩端面盡可能平整，終鍛溫度》105(TC;9.冷卻鍛后空冷，并且作好標記； IO.機加工鐓好的圓餅毛坯件表面狀態(tài)較差，同時為了去除表面的鋼 套，須對圓餅毛坯件進行機加工處理，對外圓以及端面都要車光，車光后 的成品尺寸為0345x50mm。
權利要求
1.一種大規(guī)格高溫合金圓餅的制備方法，包括下列步驟(1)用真空感應爐冶煉電極棒，在合金冶煉時加入微量元素Mg；(2)電極棒表面磨光，將電極棒頭部的冒口去除；(3)將磨光、去除冒口后的電極棒利用真空自耗爐重熔出自耗錠；(4)自耗錠冷卻脫錠后，進行均勻化擴散退火處理；(5)自耗錠表面車光；(6)將自耗錠尾部切去約20mm～30mm；從自鋼錠尾部處定尺下料，下料后坯料的高徑比為2.5～2.7；(7)對坯料進行包套，對包套好的坯料加熱；(8)墩餅；(9)冷卻；(10)機加工。
2. 如權利要求1所述的大規(guī)格高溫合金圓餅的制備方法，其特征在于 在合金冶煉時加入的微量元素Mg占合金總重量的重量百分比為 0.004%。
3. 如權利要求1所述的大規(guī)格高溫合金圓餅的制備方法，其特征在于 步驟(8)中的墩餅具體過程為將坯料從爐體內轉移到鍛壓機上， 調整好位置之后下壓，鐓至原高度1/2時，再將坯料翻轉180°鍛至毛坯圓餅高度。
4. 如權利要求1所述的大規(guī)格高溫合金圓餅的制備方法，其特征在于 步驟(9)中的冷卻為鍛后空冷，即在坯料被鐓成所需尺寸的圓餅之 后，將圓餅直接轉移到空地放置，暴露在空氣中自然冷卻。
5. 如權利要求1所述的大規(guī)格高溫合金圓餅的制備方法，其特征在于 步驟(10)中的機加工是指對外圓以及端面進行車光。
6. 如權利要求1所述的大規(guī)格高溫合金圓餅的制備方法，其特征在于 步驟(7)中的包套為將鋼管套在坯料上，然后再將圓形鋼板焊接在 所述鋼管的兩端面，完成封蓋。
全文摘要
一種大規(guī)格高溫合金圓餅的制備方法，包括下列步驟用真空感應爐冶煉電極棒，在合金冶煉時加入微量元素Mg；將電極棒表面磨光并且將電極棒頭部的冒口切除干凈；利用真空自耗爐重熔出自耗錠；冷卻脫錠后，對其進行均勻化擴散退火處理；車床將自耗錠表面車光；將自耗錠尾部切去約20～30mm，從自鋼錠尾部處定尺下料，下料后坯料的高徑比為2.5～2.7；對坯料進行包套；坯料加熱；鐓餅；冷卻；機加工。本發(fā)明能有效地解決利用現(xiàn)有工藝制造該合金大規(guī)格圓餅時遇到的自耗錠難以拔長；合金熱加工變形溫度范圍窄，難以變形的問題，改善了合金的熱加工塑性，提高了合金的綜合性能。
文檔編號C22C19/03GK101153360SQ200610116738
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月29日 優(yōu)先權日2006年9月29日
發(fā)明者浦惠康, 王文革, 王林濤, 田沛玉, 偉 謝 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司