一种高温合金高压压气机机匣锻件异形轧制方法

技术领域

本申请涉及锻造的技术领域，更具体地说，它涉及一种高温合金高压压气机机匣锻件异形轧制方法。

背景技术

机匣是飞机发动机的基座，是整个发动机的主要结构和主承力部件，其类型多、形状复杂、加工流程长以及制造难度大。机匣所需要具备的特征有较优的抗蠕变性能和抗高速冲击性能，能承受长时间高温和高速气流冲击。目前，国内外高速发展的航空市场对低成本、高可靠性的机匣有迫切需求。

目前，机匣的材料一般为难变形镍基高温合金，虽然镍基高温合金能够赋予机匣较高的屈服强度、疲劳性能以及组织稳定性，但镍基高温合金生产机匣的形变存在困难，容易出现锻件局部填充不充分的问题，导致从锻造制坯-预制坯-最终成型各个工序的设计与生产均有一定差距。

发明内容

为了能够攻克镍基高温合金锻件局部填充不充分的问题，本申请提供一种高温合金高压压气机机匣锻件异形轧制方法，能够以简单工艺得到高精度、组织均匀的气压机机匣。

本申请提供一种高温合金高压压气机机匣锻件异形轧制方法，采用如下的技术方案：

一种高温合金高压压气机机匣锻件异形轧制方法，包括如下工序：

异形预轧：将异形中间坯放置在预轧模具中，异形中间坯升温至1000-1018℃，按照如下轧制曲线进行轧制：

按照时间控制芯辊的进给量：

0-20s时，芯辊进给量由0.2mm/s提升至0.5mm/s；

20-60s时，芯辊进给量由0.5mm/s降低至0.4mm/s；

60-80s时，芯辊进给量由0.4mm/s降低至0.1mm/s；

80-100s时，芯辊进给量维持在0.1mm/s；

异形终轧：将预轧锻件放置在终轧模具中，预轧后的锻件升温至1000-1018℃，按照如下轧制曲线进行轧制：

按照时间控制芯辊的进给量：

0-20s时，芯辊进给量由0.2mm/s提升至0.5mm/s；

20-60s时，芯辊进给量由0.5mm/s降低至0.4mm/s；

60-80s时，芯辊进给量由0.4mm/s降低至0.1mm/s；

80-100s时，芯辊进给量维持在0.1mm/s；

其中，所述异形预轧和异形终轧过程中，主辊和芯辊之间的剪切应力摩擦系数为0.6-0.8；

所述异形终轧的变形量为28.6-36.8％。

进一步的，所述异形终轧的变形量为31％。

进一步的，所述异形预轧过程中，主辊和芯辊之间的剪切应力摩擦系数为0.7。

进一步的，所述异形终轧过程中，主辊和芯辊之间的剪切应力摩擦系数为0.7。

进一步的，所述异形预轧过程中异形中间坯升温至1000℃。

进一步的，所述异形终轧过程中预轧后的锻件升温至1000℃。

综上所述，本申请中至少存在如下优势：

1.本申请通过控制异形预轧以及异形终轧工序中的轧制曲线、主辊和芯辊之间的剪切应力摩擦系数以及终轧变形量范围等多个因素，使得机匣锻件能够充分流动，充分填充在预轧模具以及终轧模具中，终轧锻件的组织均匀，在节约终轧锻件生产时间的同时，提高机匣的可靠性。

2.本申请中进一步优化轧制过程中的参数，当终轧变形量越小时，锻件内部应力应变偏小，不易形成动态再结晶，局部填充的组织均匀性下降；当终轧变形量越大时，锻件存在开裂的风险；因此，将终轧变形量控制在30％，使得锻件兼顾较好的组织均匀性以及较低的开裂风险。

3.本申请中进一步优化主辊、芯辊之间的剪切应力摩擦系数，降低由于主辊、芯辊之间的剪切应力摩擦系数过大，导致金属流动不理想的问题，使得镍基高温合金更易填充，无需在实际生产中刷润滑剂。

附图说明

通过结合以下附图中来对本发明进行具体说明，使得上述特征更方便理解。

图1为按照本申请记载的工艺制得的高温合金高压压气机机匣锻件。

图2为本申请对比例1终轧形变量为27％的高温合金高压压气机机匣锻件。

图3为本申请对比例1终轧形变量为38％的高温合金高压压气机机匣锻件。

具体实施方式

镍基高温合金制备异形环锻件的过程中一般按照制坯、预制坯以及最终成型的步骤进行生产，但基于镍基高温合金的塑性形变能力较差，在生产过程中容易出现局部填充不充分的问题。

目前，行业中一般采用两种手段解决此问题。第一种，增加外径局部毛坯余量，保证锻件有充足的余量以避免局部填充不充分的问题。但此方法的效率低下，增加余量较多，后续加工时间也相应增加。第二种，轧环后增加整形工序，参考公开号为CN114309382A的中国专利Waspaloy合金大型机匣锻件精密轧制成形方法，此方法中在异形预轧和异形终轧阶段控制主辊角速度和芯辊进给量，并且在终轧后将锻件放入至胀形模具中，经过校圆、胀形和保压，直至锻件胀形至要求尺寸。此方法中增加了胀形工序，一方面胀形对锻件的力学性能有所影响，另一方面，胀形增加了工艺难度，降低了生产效率。

基于上述情况，本申请人开创性地对轧制参数、摩擦系数等影响因素进行探究，发现：控制锻件在异形轧制中的温度、终轧变形量、芯辊进给量等多种因素，锻件在适宜温度下能够充分流动，控制不同时间段的芯辊进给量以及主辊、芯辊之间的剪切应力摩擦系数，使得锻件流动随时间的调整而调整，经过模拟验证：锻件能够充分填充至模具中，保证锻件局部填充均匀。本申请的方法仅需要控制预轧、终轧过程中的参数，无需额外增加外径余量，同时也无需在轧环后进行整形，既能够保证锻件在锻造过程中均匀填充，又能够省去锻件后整形工序，节约机匣锻件的生产时间，同时提高机匣的生产效率和可靠性。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施方式对本发明作出进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

实施例

实施例1

一种高温合金高压压气机机匣锻件异形轧制方法，包括如下工序：

下料：按照尺寸Φ250(+3/-2)×556(+5/0)下料，下料重量为230kg；

倒角：下料所得坯料先进行倒角，倒角尺寸为R12；

锻造加热：炉内预热至750℃以上，倒角后的坯料装炉加热，升温至1000℃，保温220min，保温结束后，出炉镦粗、冲孔；

转移至快锻机上进行镦粗、冲孔，控制转移时间≤60s，对工装进行预热，工装的预热至250℃-350℃，镦粗至坯料尺寸为Φ430±10×188±5mm，控制终锻温度≥850℃，控制锻造速度为每锤压下量≤50mm，锻造时有裂纹则停止锻造，进行清伤，宽深比≥8；

提前预热扩孔模具至250℃-350℃，将锻件转移至扩孔模具上，控制转移时间≤60s，扩孔至坯料尺寸为Φ472±10×Φ220±10×188±5mm，控制终锻温度≥850℃，控制锻造速度为每锤压下量≤50mm，空冷，若内孔质量较好，表面无裂纹夹皮等缺陷允许热料回炉，保温30min；

轧环：炉内预热至750℃以上，将扩孔后的锻件装炉加热，升温至1000℃，保温125min，保温结束后出炉；

锻件进行异形预轧，控制主辊和芯辊之间的剪切应力摩擦系数为0.7，随时间控制芯辊进给量：

0-20s时，芯辊进给量由0.2mm/s提升至0.5mm/s；

20-60s时，芯辊进给量由0.5mm/s降低至0.4mm/s；

60-80s时，芯辊进给量由0.4mm/s降低至0.1mm/s；

80-100s时，芯辊进给量维持在0.1mm/s；

锻件预轧至尺寸为Φ628±10×Φ460±10×180±5mm；

锻件再进行异形终轧，控制主辊和芯辊之间的剪切应力摩擦系数为0.7，随时间控制芯辊进给量：

0-20s时，芯辊进给量由0.2mm/s提升至0.5mm/s；

20-60s时，芯辊进给量由0.5mm/s降低至0.4mm/s；

60-80s时，芯辊进给量由0.4mm/s降低至0.1mm/s；

80-100s时，芯辊进给量维持在0.1mm/s；

锻件终轧至尺寸为Φ864±5×Φ747±5×174±5mm(终轧变形量为28.6％)；

固溶：炉内升温至950±10℃，终轧所得锻件到温装炉，维持炉内温度950±10℃，保温60min，保温结束后出炉空冷至室温。

实施例2

一种高温合金高压压气机机匣锻件异形轧制方法，包括如下工序：

下料：按照尺寸Φ250(+3/-2)×556(+5/0)下料，下料重量为230kg；

倒角：下料所得坯料先进行倒角，倒角尺寸为R12；

锻造加热：炉内预热至750℃以上，倒角后的坯料装炉加热，升温至1000℃，保温220min，保温结束后，出炉镦粗、冲孔；

转移至快锻机上进行镦粗、冲孔，控制转移时间≤60s，对工装进行预热，工装的预热至250℃-350℃，镦粗至坯料尺寸为Φ430±10×188±5mm，控制终锻温度≥850℃，控制锻造速度为每锤压下量≤50mm，锻造时有裂纹则停止锻造，进行清伤，宽深比≥8；

提前预热扩孔模具至250℃-350℃，将锻件转移至扩孔模具上，控制转移时间≤60s，扩孔至坯料尺寸为Φ472±10×Φ220±10×188±5mm，控制终锻温度≥850℃，控制锻造速度为每锤压下量≤50mm，空冷，若内孔质量较好，表面无裂纹夹皮等缺陷允许热料回炉，保温30min；

轧环：炉内预热至750℃以上，将扩孔后的锻件装炉加热，升温至1018℃，保温125min，保温结束后出炉；

锻件进行异形预轧，控制主辊和芯辊之间的剪切应力摩擦系数为0.6，随时间控制芯辊进给量：

0-20s时，芯辊进给量由0.2mm/s提升至0.5mm/s；

20-60s时，芯辊进给量由0.5mm/s降低至0.4mm/s；

60-80s时，芯辊进给量由0.4mm/s降低至0.1mm/s；

80-100s时，芯辊进给量维持在0.1mm/s；

锻件预轧至尺寸为Φ618±10×Φ450±10×180±5mm；

锻件再进行异形终轧，控制主辊和芯辊之间的剪切应力摩擦系数为0.6，随时间控制芯辊进给量：

0-20s时，芯辊进给量由0.2mm/s提升至0.5mm/s；

20-60s时，芯辊进给量由0.5mm/s降低至0.4mm/s；

60-80s时，芯辊进给量由0.4mm/s降低至0.1mm/s；

80-100s时，芯辊进给量维持在0.1mm/s；

锻件终轧至尺寸为Φ864±5×Φ747±5×174±5mm(终轧变形量为31％)；

固溶：炉内升温至950±10℃，终轧所得锻件到温装炉，维持炉内温度950±10℃，保温60min，保温结束后出炉空冷至室温。

实施例3

一种高温合金高压压气机机匣锻件异形轧制方法，包括如下工序：

下料：按照尺寸Φ250(+3/-2)×556(+5/0)下料，下料重量为230kg；

倒角：下料所得坯料先进行倒角，倒角尺寸为R12；

锻造加热：炉内预热至750℃以上，倒角后的坯料装炉加热，升温至1000℃，保温220min，保温结束后，出炉镦粗、冲孔；

转移至快锻机上进行镦粗、冲孔，控制转移时间≤60s，对工装进行预热，工装的预热至250℃-350℃，镦粗至坯料尺寸为Φ430±10×188±5mm，控制终锻温度≥850℃，控制锻造速度为每锤压下量≤50mm，锻造时有裂纹则停止锻造，进行清伤，宽深比≥8；

提前预热扩孔模具至250℃-350℃，将锻件转移至扩孔模具上，控制转移时间≤60s，扩孔至坯料尺寸为Φ472±10×Φ220±10×188±5mm，控制终锻温度≥850℃，控制锻造速度为每锤压下量≤50mm，空冷，若内孔质量较好，表面无裂纹夹皮等缺陷允许热料回炉，保温30min；

轧环：炉内预热至750℃以上，将扩孔后的锻件装炉加热，升温至1018℃，保温125min，保温结束后出炉；

锻件进行异形预轧，控制主辊和芯辊之间的剪切应力摩擦系数为0.8，随时间控制芯辊进给量：

0-20s时，芯辊进给量由0.2mm/s提升至0.5mm/s；

20-60s时，芯辊进给量由0.5mm/s降低至0.4mm/s；

60-80s时，芯辊进给量由0.4mm/s降低至0.1mm/s；

80-100s时，芯辊进给量维持在0.1mm/s；

锻件预轧至尺寸为Φ599±10×Φ420±10×180±5mm；

锻件再进行异形终轧，控制主辊和芯辊之间的剪切应力摩擦系数为0.8，随时间控制芯辊进给量：

0-20s时，芯辊进给量由0.2mm/s提升至0.5mm/s；

20-60s时，芯辊进给量由0.5mm/s降低至0.4mm/s；

60-80s时，芯辊进给量由0.4mm/s降低至0.1mm/s；

80-100s时，芯辊进给量维持在0.1mm/s；

锻件终轧至尺寸为Φ864±5×Φ747±5×174±5mm(终轧变形量为36.8％)；

固溶：炉内升温至950±10℃，终轧所得锻件到温装炉，维持炉内温度950±10℃，保温60min，保温结束后出炉空冷至室温。

对比例

对比例1

一种高温合金高压压气机机匣锻件异形轧制方法，与实施例1的区别点在于：终轧变形量不同；

轧环步骤中，终轧变形量为27％。

对比例2

一种高温合金高压压气机机匣锻件异形轧制方法，与实施例1的区别点在于：终轧变形量不同；

轧环步骤中，终轧变形量为38％。

检测结果：

参见图1-3，图1为按照本申请异形轧制方法得到的锻件，可以明显看出，图1中锻件各处填充均匀，尤其是锻件边缘处。

图2可以看出当终轧变形量低于28.6％时，锻件内部应力应变偏小，不易形成动态再结晶，局部填充不充分。

图3可以看出当终轧变形量高于36.8％时，锻件表面出现明显裂纹。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

且，以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。