一種高溫合金臺階軸徑向鍛造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高溫合金臺階軸徑向鍛造方法。所述高溫合金臺階軸徑向鍛造方法包括：鐓粗并拔長鋼錠，為鍛造機提供坯料；分多個道次鍛造坯料，以預鍛形成第一臺階軸；以及分多個道次對第一臺階軸的中部進行鍛造，以形成中間臺階軸，在第一臺階軸與中間臺階軸之間形成過渡段，其中，形成第一臺階軸的拉打速度控制在3-5.5m/min，形成中間臺階軸的每道次變形量控制在10%-25%，拉打速度控制在3-5.5m/min。通過控制徑向鍛造方法的鍛造頻次、道次壓下量、拉打速度及控制終鍛溫度來控制臺階軸產(chǎn)品的性能組織，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、組織性能均勻性、綜合成材率和合格率大大提高。
【專利說明】一種高溫合金臺階軸徑向鍛造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鍛造高溫合金毛坯件的新的成形方法，更具體地說，涉及一種高溫合金臺階軸的鍛造加工方法。
【背景技術】
[0002]高溫合金是指在高溫及一定應力條件下長期工作的高溫金屬材料，具有優(yōu)異的高溫強度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能，已成為軍民用燃氣渦輪發(fā)動機熱端部件不可替代的關鍵材料。例如，GH901合金是以Fe-43N1-12Cr為基，通過添加Al、Ti形成金屬間化物Y ^ [Ni3 (Ti，Al)]來沉淀強化，同時加入Mo來固溶強化的鎳鐵鉻基高溫合金，在650°C以下具有較高的屈服強度和持久強度，760°C以下抗氧化性良好。基于其優(yōu)良的高溫屈服和持久強度，GH901合金臺階軸廣泛應用于制造航空及地面燃氣渦輪發(fā)動機的轉動件、靜結構件、渦輪軸等零部件。
[0003]GH901合金臺階軸現(xiàn)行的生產(chǎn)工藝為鋼錠鐓粗一拔長至臺階方坯一末火次拔長到尺一粗車一固溶、時效一檢驗一機加工，然而，利用快鍛機的這種工藝生產(chǎn)GH901合金臺階軸主要存在產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、表面裂口嚴重、組織性能均勻性較差、超聲波探傷雜波超標、成材率和合格率低等問題。 據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計分析，該工藝下產(chǎn)品的綜合成材率僅能達到30~40%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的示例性實施例涉及一種鍛造高溫合金渦輪軸毛坯件的新的成形方法，適用于高溫合金臺階軸的鍛造加工。
[0005]本發(fā)明的示例性實施例中的鍛造方法利用現(xiàn)有規(guī)格坯料，高效生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高溫合金臺階軸，以滿足日益擴大的市場需要。
[0006]本發(fā)明的關鍵點是通過控制徑向鍛造方法的鍛造頻次、道次壓下量、拉打速度和/或控制終鍛溫度來控制臺階軸產(chǎn)品的性能組織。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用徑向變形的先進的材料成形方式來生產(chǎn)高溫合金臺階軸的方法。通過采用這種穩(wěn)定、具有獨特的優(yōu)勢的徑向鍛造技術，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、組織性能均勻性、綜合成材率和合格率大大提高。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種通過控制徑向鍛造方法的鍛造頻次、道次壓下量(道次變形量)、拉打速度及控制終鍛溫度來控制臺階軸產(chǎn)品的性能組織的徑向鍛造方法。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種高溫合金臺階軸徑向鍛造方法，所述高溫合金臺階軸徑向鍛造方法可以包括:鐓粗并拔長鋼錠，為鍛造機提供坯料；分多個道次鍛造坯料，以預鍛形成第一臺階軸；以及分多個道次對第一臺階軸的中部進行鍛造，以形成中間臺階軸，在第一臺階軸與中間臺階軸之間形成過渡段，其中，形成第一臺階軸的拉打速度控制在3-5.5m/min，形成中間臺階軸的每道次變形量控制在10%_25%，拉打速度控制在3_5.5m/min。
[0010]形成中間臺階軸的每道次變形量可以控制在10%-20%。
[0011]形成第一臺階軸的所述多個道次可以包括3-4個道次。
[0012]形成中間臺階軸的所述多個道次可以包括4-5個道次。
[0013]末火次變形量可以≥30%，終鍛溫度可以不低于高溫合金的再結晶溫度。
[0014]所述形成第一臺階軸的多個道次可以包括第一道次鍛造頻次為180次/分，第二道次鍛造頻次為90次/分，剩余道次鍛造頻次為180次/分。
[0015]所述形成中間臺階軸的多個道次的鍛造頻次可以為180次/分。
[0016]所述過渡段可以包括直徑為第一臺階軸的直徑和中間臺階軸的直徑之間的值的多個過渡段。
[0017]所述多個過渡段可以包括過渡斜面和/或過渡臺階軸。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種利用上述的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法鍛造的GH901合金臺階軸。
[0019]所述高溫合金臺階軸徑向鍛造方法還可以包括在每個臺階軸鍛造完成之后進行表面處理的步驟。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:
[0021]①在預鍛過程中，使用90次/分頻次的鍛造頻次可以有效破碎碳化物，改善了高溫合金臺階軸的綜合性能，另一方面，高頻次和低頻詞交替使用，有效地改善了高溫合金內(nèi)部質(zhì)量，有效地消除混晶的產(chǎn)生。
[0022]②保證末火次大于30%的變形量，可以保證產(chǎn)品晶粒度細于3級，且均勻性較好，從而保證組織性能均勻。
[0023]③終鍛溫度控制在不低于高溫合金的再結晶溫度，能夠使晶粒完整的完成回復和再結晶過程，以此可以細化晶粒，提高產(chǎn)品性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]通過下面結合示例性地示出一例的附圖進行的描述，本發(fā)明的上述和其他目的和特點將會變得更加清楚，其中:
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法中完成預鍛造之后形成的第一臺階軸的示意圖；
[0026]圖2A到圖2E是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的形成中間臺階軸過程中每個道次的示意圖。
【具體實施方式】
[0027]現(xiàn)在將參照附圖詳細地描述本公開的示例性實施例。
[0028]然而，本公開可以以許多不同的形式舉例說明，并且不應被解釋為局限于這里闡述的特定實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底的和完整的，并且這些實施例將把本公開的范圍充分地傳達給本領域技術人員。
[0029]在附圖中，為了清楚起見，可以夸大元件的形狀和尺寸，相同的標號將始終用于指示相同或相似的元件。[0030]下面，將結合附圖詳細地描述根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法。
[0031]圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法中完成預鍛造之后形成的第一臺階軸的示意圖，圖2A到圖2E是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的形成中間臺階軸過程中每個道次的示意圖。
[0032]在根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法中，首先根據(jù)鋼錠的尺寸和鍛造機的實際尺寸將鋼錠鐓粗并拔長鋼錠，該步驟是為了清理掉坯料表面裂紋，為鍛造機提供還料。
[0033]然后，分多個道次鍛造坯料，以預鍛形成第一臺階軸。在預鍛造過程中，采用呈十字形垂直的鍛造機錘頭對鋼錠進行鍛造，并且采用高低頻次交替鍛造。該鍛造過程由于鍛造的高頻次非常高，高頻次可達180頻次/分鐘，低頻次為90頻次/分鐘，并且通過對變形參數(shù)和拉打速度的控制，從而在多道次的鍛造期間不需要對鋼錠進行加熱，降低了能耗，例如，形成第一臺階軸的拉打速度可以控制在3-5.5m/min。例如,可以通過3_4個道次的預鍛第一臺階軸。形成第一臺階軸的多個道次的高低頻次交替鍛造是指第一道次鍛造頻次為180次/分，第二道次鍛造頻次為90次/分，剩余道次鍛造頻次為180次/分。在第二個道次使用90次/分的鍛造頻次可以有效破碎碳化物，改善了高溫合金臺階軸的綜合性能。另外，高頻次和低頻次交替使用，有效地改善了高溫合金內(nèi)部質(zhì)量，有效地消除了混晶的產(chǎn)生。
[0034]接下來，分多個道次對第一臺階軸的中部進行鍛造，以形成中間臺階軸，在第一臺階軸與中間臺階軸之間形成過渡段。例如，可以利用4-5個道次而形成中間臺階軸。形成中間臺階軸的各個道次的鍛造頻次為180次/分。具體地，形成中間臺階軸的每道次變形量控制在10%-25%，拉打速度控制在3-5.5m/min。優(yōu)選地，形成中間臺階軸的每道次變形量控制在10%-20%。
[0035]在第一臺階軸與中間臺階軸之間形成過渡段。可以利用徑向鍛造機錘頭表面特定角度的斜面形成第一臺階軸與中間臺階軸的過渡段，其中，過渡段可以是直徑介于第一臺階軸和中間臺階軸之間的多個過渡段。可以利用徑向鍛造機錘頭形成直徑介于第一臺階軸和第二臺階軸的直徑之間的過渡臺階軸。換言之，本發(fā)明的示例性實施例的多個過渡段可以是由徑向鍛造機錘頭表面特定角度的斜面形成的過渡斜面和/或過渡臺階軸。
[0036]在本發(fā)明示例性實施例的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法中，末火次變形量> 30%，終鍛溫度不低于高溫合金的再結晶溫度。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，保證末火次大于30%的變形量，可以保證產(chǎn)品晶粒度細于3級，且均勻性較好，從而保證組織性能均勻。根據(jù)本發(fā)明示例性實施例，終鍛溫度控制在不低于高溫合金的再結晶溫度，能夠使晶粒完整的完成回復和再結晶過程，以此可以細化晶粒，提高產(chǎn)品性能，例如，在對GH901進行終鍛時，終鍛溫度控制在≥950°C。
[0037]另外，本發(fā)明示例性實施例的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法還包括表面處理方法，例如，對鍛造完成后留有一定余量的工件進行表面處理，最終精加工為成品件。
[0038]在下文中，將參照具體實施例來描述采用本發(fā)明的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法進行鍛造臺階軸的方法。
[0039]實施例1[0040]將參照圖1和圖2A至圖2E來詳細描述利用根據(jù)本發(fā)明的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法將直徑為O550mm的鋼錠坯料鍛造成為成品尺寸為Φ 295 X 435+Φ 175 X 125+Φ 125 X 1245mm 的臺階軸的具體步驟。
[0041]在本實施例中，鋼錠數(shù)據(jù)如下:該高溫合金為GH901，直徑為Φ550πιπι，長度L=1500mm,重量 2800kg。
[0042]首先，由快鍛機將鋼錠鐓粗至H0/2，再拔長到八角360mm，清理掉坯料表面裂紋，為徑向鍛造機(例如，18MN徑向鍛造機)提供坯料。
[0043]參照圖1，圖1是利用徑向鍛造機錘頭F將鋼錠預鍛完成之后所獲得的第一臺階軸(也可以稱之為預鍛完成的還料)的不意圖。在本實施例中，在A、B端夾持住待鍛造的鋼徒，然后經(jīng)過四個道次的預鍛過程得到了直徑為D的軸，該直徑為D的軸可以是第一臺階軸，在本實施例中，第一臺階軸的直徑D為315_。由于成品件的直徑為295_，因此，對鍛造完成后留有一定余量的該工件進行表面處理，以精加工為成品件，即，將直徑D為315mm第一臺階軸精加工(例如，車、銑、刨等)到成品尺寸。然而，本發(fā)明不限于此，可以在所有的臺階軸(例如，下述的過渡段和中間臺階軸)加工完畢后，統(tǒng)一對余量部分進行精加工。
[0044]具體地說，將已拔長到八角360mm，清理掉坯料表面裂紋的坯料進行多道次的鍛造。具體地，在本實施例中，第I個道次鍛至Φ345mm，拉打速度控制到5m/min，鍛造頻次180次/分；第2個道次鍛至Φ 325mm，拉打速度控制到4.5m/min，鍛造頻次90次/分?’第3個道次鍛至Φ 315mm，拉打速度控制到4.5m/min，鍛造頻次180次/分。至此，直徑D為Φ315_第一臺階軸的多道次鍛造加工完畢。然而，本發(fā)明不限于此，拉打速度可以控制在
3-5.5m/min的速度內(nèi)的任 何速度，只要能在高頻次加工下控制變形量和變形熱，從而避免多火次的加熱即可。
[0045]然后，再利用徑向鍛造機錘頭表面特定角度的斜面來成形臺階軸的過渡段，在本實施例中，過渡段包括Φ175Χ125_的臺階軸，由于該臺階軸十分短，在示意性的附圖中示出了過渡段的形式。
[0046]最后，如圖2Α至圖2Ε所示，利用徑向鍛造機錘頭F分為5個道次鍛出中間臺階軸，每道次變形量控制在10~25%，拉打速度控制在3~5.5m/min,并且每個道次的鍛造頻次為180頻次/分。
[0047]具體地說，如圖2A所示的第一個道次，徑向鍛造機錘頭F按照所需加工的臺階軸的部位，即，在第一臺階軸中部進行鍛造，以形成中間臺階軸。首先，將第一臺階軸的中部從Φ 315mm加工到(11Φ 270mm。接下來，圖2B所示的第二道次，將待加工部位的直徑從dl0270mm加工到d20230mm。在圖2C所示的第三道次，繼續(xù)鍛造，將直徑從(12Φ230mm加工到(13Φ 190mm。圖2D所示的第四道次和圖2E所示的第五道次，分別從(13Φ 190mm鍛造至(14Φ 160mm,從(14Φ 160mm鍛造至(15Φ 138mm。最終,可利用5個道次而形成中間臺階軸。形成中間臺階軸的各個道次的鍛造頻次為180次/分。在中間臺階軸的dl到d5的鍛造道次中，形成中間臺階軸的每道次變形量控制在10%-25%，拉打速度控制在3-5.5m/min。優(yōu)選地，形成中間臺階軸的每道次變形量控制在10%-20%。
[0048]另外，由于成品件的中間臺階軸的直徑為Φ125_，因此，對鍛造完成后留有一定余量的該工件進行表面處理，以精加工為成品件，即，將直徑d5為138mm中間臺階軸精加工(例如，車、統(tǒng)、刨等)到成品尺寸Φ 125mm。[0049]實施例2
[0050]在根據(jù)本發(fā)明的另一實施例中，將描述高溫合金臺階軸徑向鍛造方法將直徑為Φ550mm的鋼錠坯料鍛造成為成品尺寸為Φ246X380+Φ 146X 100+Φ 105X 1230_的臺階軸的具體步驟。
[0051]為了描述的簡便，將省略對相同內(nèi)容部分的重復描述。
[0052]在本實施例中，鋼錠數(shù)據(jù)如下:該高溫合金為GH4169。直徑?=Φ 550mm，長度T ,=1400mm ,重量 2600kg。
[0053]首先，由快鍛機將鋼錠鐓粗至Hq/2，再拔長到八角330mm，清理掉坯料表面裂紋，為徑向鍛造機(例如，18MN徑向鍛造機)提供坯料。
[0054]參照圖1，圖1是利用徑向鍛造機錘頭F將鋼錠預鍛完成之后所獲得的第一臺階軸的示意圖。在本實施例中，在A、B端夾持住待鍛造的鋼錠，然后經(jīng)過四個道次的預鍛過程得到了直徑為D的軸，該直徑為D的軸可以是第一臺階軸，在本實施例中，第一臺階軸的直徑D為261mm。由于成品件的弟一臺階軸的直徑為246mm,因此,對鍛造完成后留有一定余量的該工件進行表面處理，以精加工為成品件，即，將直徑D為261mm第一臺階軸精加工(例如，車、銑、刨等)到成品尺寸Φ246πιπι。然而，本發(fā)明不限于此，可以在所有的臺階軸(例如，下述的過渡段和中間臺階軸)加工完畢后，統(tǒng)一對余量部分進行精加工。
[0055]具體地，在分多個道次鍛造坯料，以預鍛形成第一臺階軸的過程中:在第I個道次鍛至Φ 315mm,拉打速度控制到5m/min,鍛造頻次180次/分；第2個道次鍛至Φ 294mm,拉打速度控制到4.5m/min,鍛造頻次90次/分；第3個道次鍛至Φ 275mm，拉打速度控制到
4.5m/min,鍛造頻次180次/分；第4個道次鍛至Φ 261mm,拉打速度控制到4.5m/min,鍛造頻次180次/分。然而，本發(fā)明不限于此，在對第一臺階軸的預鍛過程中，每個道次的拉打速度被控制在3-5.5m/min的速度內(nèi)的任何速度，用于在高頻次加工下控制變形量和變形熱，從而避免多火次的加熱。
[0056]然后，如圖2A至圖2D所示，利用徑向鍛造機錘頭F分為4個道次鍛出中間臺階軸，每道次變形量控制在10~25%，拉打速度控制在3~5.5m/min,并且每個道次的鍛造頻次為180頻次/分。
[0057]具體地，利用徑向鍛造機錘頭表面特定角度的斜面來成形臺階軸的過渡段，在本實施例中，過渡段包括Φ 146X 100的臺階軸，由于該臺階軸十分短，在示意性的附圖中示出了過渡段的形式。
[0058]然而，本發(fā)明構思的示例性實施例不限于GH901或GH4169，高溫合金也可以為GH696。
[0059]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施，本發(fā)明提供的鍛造高溫合金渦輪軸毛坯件的新的成形方法，適用于GH901合金等高溫合金的臺階軸的鍛造加工。發(fā)明的關鍵點是通過控制徑向鍛造方法的鍛造頻次、道次壓下量、拉打速度及控制終鍛溫度來控制臺階軸產(chǎn)品的性能組織。通過采用這種穩(wěn)定、具有獨特的優(yōu)勢的徑向鍛造技術，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、組織性能均勻性、綜合成材率和合格率大大提高。
[0060] 雖然上面已經(jīng)示出并描述了示例性實施例，但是對于本領域技術人員來講將明顯的是，在不脫離如權利要求所限定的本公開的精神和范圍的情況下，可以進行修改和變型。
【權利要求】
1.一種高溫合金臺階軸徑向鍛造方法，包括: 鐓粗并拔長鋼錠，為鍛造機提供坯料； 分多個道次鍛造坯料，以預鍛形成第一臺階軸；以及 分多個道次對第一臺階軸的中部進行鍛造，以形成中間臺階軸，在第一臺階軸與中間臺階軸之間形成過渡段， 其中，形成第一臺階軸的拉打速度控制在3-5.5m/min,形成中間臺階軸的每道次變形量控制在10%-25%，拉打速度控制在3-5.5m/min。
2.如權利要求1所述的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法，其中，形成中間臺階軸的每道次變形量控制在10%-20%。
3.如權利要求1所述的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法，其中，形成第一臺階軸的所述多個道次包括3-4個道次。
4.如權利要求1所述的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法，其中，形成中間臺階軸的所述多個道次包括4-5個道次。
5.如權利要求1所述的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法，其中，末火次變形量>30%，終鍛溫度不低于高溫合金的再結晶溫度。
6.如權利要求3所述的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法，其中，形成第一臺階軸的所述多個道次包括第一道次鍛造頻次為180次/分，第二道次鍛造頻次為90次/分，剩余道次鍛造頻次為180次/分。
7.如權利要求4所述的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法，其中，形成中間臺階軸的所述多個道次的鍛造頻次為180次/分。
8.如權利要求1所述的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法，其中，所述過渡段包括直徑為第一臺階軸的直徑和中間臺階軸的直徑之間的值的多個過渡段。
9.如權利要求8所述的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法，其中，所述多個過渡段包括過渡斜面和/或過渡臺階軸。
10.一種利用如權利要求1到9中的任意一項權利要求所述的高溫合金臺階軸徑向鍛造方法鍛造的GH901合金臺階軸。
【文檔編號】B21K1/06GK103920846SQ201410149308
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權日:2014年4月14日
【發(fā)明者】謝煒 申請人:攀鋼集團江油長城特殊鋼有限公司