一种提高高温合金锻件组织均匀性的锻造方法

技术领域

本发明属于锻造热加工领域，涉及一种提高高温合金锻件组织均匀性的锻造方法。

背景技术

高温合金是现代机械制造业的重要结构材料，特别是在航空发动机、燃气轮机热端关键部件有着广泛的应用，高温合金在航空发动机上的质量占比超过 50％，而大部分高温合金都属于通过压力加工而成型的变形高温合金，因而变形方式的选择对材料组织性能的影响至关重要，因此，随着航空发动机不断向大推力，大型化的发展，对锻压能力和难度的要求也随之提高。

高温合金不能通过相变重结晶来改变奥氏体晶粒大小，因此在不同的变形过程中发生的再结晶程度将决定了锻件成品的组织大小，其次，高温合金合金化程度高，变形抗力较其他材料大，如何实现变形均匀以及良好的成型效果对锻压设备和工艺技术提出了更高的要求。

目前大中型高温合金锻件大部分都是通过较大吨位的油压机实现的，而普通油压机的变形速度有限，对高温合金的再结晶不利，而且模具与锻件接触时间较长，锻件容易产生冷漠组织，另外，普通的对击锤可控性较差，不能有效控制锻件变形量，而且重复打击偏差较大，对生产高性能的高温合金盘锻件有着不可避免的技术难点，从而制约大批量，稳定化生产高性能高温合金锻件。

发明内容

本发明的目的是：借助一种高可控性大型螺旋压力机，提供一种提高高温合金锻件组织均匀性的锻造方法，解决常规锻造方法生产的高温合金锻件冷膜组织厚，锻件各部位组织变形不均匀现象。

本发明的技术方案：

第一方面，提供了一种提高高温合金锻件组织均匀性的锻造方法，所述方法借助于大型螺旋压力机执行，包括：

将高温合金棒料加工成荒形并将荒形加热到锻造温度；

将工装模具预热至预热温度；

将工装模具在预定时间内安装至锻造设备上；

按照工艺要求的锤击变形量对荒形锤击3～5次得到高温合金锻件。

进一步地，按照工艺要求的锤击变形量对荒形锤击3～5次得到高温合金锻件，具体包括：

在一火成型的情况下，第一次锤击的能量为总能量的30％～70％，速度为 0.2m/s～0.5m/s且荒形变形量为5％～10％，后续锤击的能量为总能量的70％～ 90％，速度为0.2m/s～0.5m/s或荒形变形量的30％～50％。

进一步地，按照工艺要求的锤击变形量对荒形锤击3～5次得到高温合金锻件，具体包括：

在多火次成型的情况下，第一火，第一次锤击的能量为总能量的30％～ 70％，速度为0.2m/s～0.5m/s且荒形变形量为5％～10％，后续锤击的能量为总能量的70％～90％，速度为0.2m/s～0.5m/s或荒形变形量的30％～50％；

第二火及后续火次每火次锤击3～5次，每次锤击的能为总能量的50％以上，速度为0.2m/s～0.5m/s。

进一步地，按照工艺要求的锤击变形量对荒形锤击3～5次得到高温合金锻件，具体包括：

在多火次成型的情况下，第一火，第一次锤击的能量为总能量的30％～ 70％，速度为0.2m/s～0.5m/s且荒形变形量为5％～10％，后续锤击的能量为总能量的70％～90％，速度为0.2m/s～0.5m/s且荒形变形量的30％～50％；

第二火及后续火次每火次锤击3～5次，每次锤击的位移根据工艺要求的变形量确定。

进一步地，将高温合金棒料加工成荒形，具体包括：

按照工艺要求将高温合金棒料经过镦粗、改锻、冲孔、机加、打磨形成所需荒形。

进一步地，所述预热温度为150℃-450℃。

进一步地，所述预定时间小于30min。

进一步地，将工装模具在预定时间内安装至锻造设备上，具体包括：利用工装更换系统将工装模具在20分钟内安装至锻造设备上。

本发明的有益效果：

本发明通过合理控制锻造设备工艺参数，增强锻造控制能力，最大限度的减少相同锻件在油压机锻造产生的冷漠组织以及对击锤上的变形不可控所导致的锻件组织缺陷，生产组织性能合格的大中型高温合金圆盘锻件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明使用的大型螺旋压力机锻压能力大，设备可控性以及打击效率高等的特点，并且可对锻件进行变形量的有效控制，因此可为难变形高温合金的锻造提供较好的锻压条件。通过合理设计工艺参数(锤击次数，打击能量，锤次变形量等)可实现组织性能符合相关标准要求的大中型高温合金盘锻件顺利生产。本发明的提高高温合金锻件组织均匀性的锻造方法步骤如下：

步骤1：来料控制

根据工艺技术要求对棒料进行切割下料，经镦粗、改锻、冲孔制坯，后经机加控制荒形尺寸，高温合金荒形加热过程采用台阶预热，明确各阶段保温时间计算系数，冷料加热，预热温度：850℃～900℃，保温时间按0.8min/mm～ 0.9min/mm计算，高温1000℃～1050℃加热，保温时间按0.6min/mm～ 0.8min/mm计算，热料回炉高温保温时间按0.5min/mm～0.6min/mm计算。按以上加热制度对荒形加热至锻造温度。

步骤2：工装控制

锻造前对所使用的工装模具进行预热，预热温度150℃～450℃，防止坯料表面温度下降太快，造成开裂。

步骤4：更换工装

规定通过专用换模小车在30min内将预热好的模具安装至上下锤头，并进行调试，确定模具及设备正常。

步骤5：锻造过程控制

根据工艺技术要求控制每火次锤击参数，高温合金建议3～5锤，锤击速度按0.2m/s～0.5m/s进行设置，如一火成型，要求第一锤锤击能量为设备总能量的30％～70％进行打击，变形量5％～10％左右控制，后续锤击能量按70％～90％且变形量以30％～50％控制进行成型打击，如多火次锻造，第一锤锤击能量为设备总能量的30％～70％进行打击，变形量5％～10％左右控制，后续锤击能量按70％～90％且变形量以30％～50％控制进行成型打击，第二火及后续火次可直接进行每火次3～5锤大能量(50％以上)连续打击，或通过变形量控制来设置每锤打击位移进行一定变形量锻压。

实施例：

以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

采用本发明生产一大型IN718合金锻件，锻件轮廓φ830±5×280±5，类似喇叭状，零件尺寸φ800×270±1；材料：718，锻件类别Ⅰ，工艺规程要求下料规格：φ300×1100mm，重量:638kg。投影面积约为0.54m2，锻件的全面性能指标及晶粒度要求应符合MAS7001标准要求。

其锻造步骤详细如下：

第一步：将规格为φ300×1100mm棒料进行2～3火次镦粗变形，并机加工荒形；

第二步：将轮廓～φ600×270的荒形进行预热喷涂并在980～1050℃之间进行加热保温；

第三步：在锻造前30min内采用专用换模小车将模具至于设备用于锻造；

第四步：由于锻件中心是SR80的球面设计，并且喇叭根部厚度较其余轮缘等部位截面薄，而锻件喇叭部位比较厚，成形时变形困难，并且厚度较大的部位容易造成性能不合格现象，因此通过该发明涉及的模锻工艺生产，设定打击锤次4锤，每一捶击速度0.2m/s～0.5m/s,打击能量按40％～90％，第一锤变形量控制在10％以内，第2至4锤变形量控制在50％以内。

通过该方法锻造的高温合金锻件表面质量较好，性能指标完全应符合 MAS-7001标准要求。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。