專(zhuān)利名稱(chēng)：Gh4033高溫合金薄壁環(huán)件的輾軋成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)形鍛件的軋制成形方法，特別是涉及了 GH4033高溫合金薄壁 環(huán)件的輾軋成形方法。
背景技術(shù)：
GH4033高溫合金是以鎳-鉻為基體的鎳基變形高溫合金，采用該合金環(huán)軋成形的 航空航天等領(lǐng)域使用的筒形殼體等回轉(zhuǎn)體零部件，例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的前機(jī)匣等薄壁環(huán)件， 要求在700 750°C長(zhǎng)期使用時(shí)具有足夠的高溫強(qiáng)度，在900°C以下長(zhǎng)期工作時(shí)具有良好的 抗氧化性。軋制時(shí)，由于合金變形溫度范圍較窄，變形量較小，鍛件壁厚較薄，尺寸精度、性 能及組織要求較高，增加了軋制成形的難度。2008年10月8日公開(kāi)的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)CN 101279346A公開(kāi)了一種鎳基高 溫合金異形環(huán)鍛件的輾軋成形方法，該方法把按規(guī)格下料的合金棒料經(jīng)鐓粗、沖孔、兩次軋 環(huán)制坯(不使用輾軋模具)，再把坯料裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)輾軋模具內(nèi)輾軋成形，通過(guò)在連續(xù)兩次軋 環(huán)制坯過(guò)程中采取小變形量成形的方式和在各工藝步驟中控制準(zhǔn)確的變形量，軋制出了組 織和性能良好的異形環(huán)件。采用該方法軋制壁厚較薄的GH4033高溫合金薄壁環(huán)件時(shí)，由于 輾軋模具被固定在軋輥上(即主輥和芯輥上)，軋制時(shí)輾軋模具的孔型與預(yù)軋坯之間產(chǎn)生 激烈的摩擦不僅使軋制過(guò)程非常不穩(wěn)定對(duì)生產(chǎn)造成影響，而且還容易導(dǎo)致預(yù)軋坯溫度升高 對(duì)合金的組織和性能產(chǎn)生影響，如出現(xiàn)組織變異、晶粒粗大等缺陷。在采用上述方法及直接使用軋環(huán)機(jī)的主輥和芯輥軋制(如上述方法中的軋環(huán)制 坯)薄壁的GH4033高溫合金薄壁環(huán)件時(shí)，由于受軋環(huán)機(jī)的芯輥等部件剛度的影響，加上薄 壁環(huán)件的結(jié)構(gòu)剛度較差和加工余量較小，軋制過(guò)程中易導(dǎo)致預(yù)軋坯出現(xiàn)塑性失穩(wěn)而產(chǎn)生軋 扁、喇叭口等現(xiàn)象，造成環(huán)件形狀和尺寸達(dá)不到設(shè)計(jì)使用或機(jī)加工要求而報(bào)廢，這對(duì)價(jià)格昂 貴的GH4033高溫合金材料來(lái)說(shuō)損失較大。輾軋過(guò)程中，預(yù)軋坯剛開(kāi)始軋制時(shí)由于先向其轉(zhuǎn)動(dòng)方向一側(cè)的抱輥偏移，再向另 一側(cè)的抱輥偏移，使預(yù)軋坯在軋制過(guò)程中有朝其兩側(cè)的抱輥?zhàn)笥覕[動(dòng)的現(xiàn)象，受抱輥扶持 產(chǎn)生的反作用力影響，環(huán)件容易被軋扁而報(bào)廢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種采用隨動(dòng)模套來(lái)實(shí)現(xiàn)GH4033高溫合金薄壁 環(huán)件的輾軋成形方法，采用該方法能夠軋制出尺寸精度高并具有優(yōu)良組織和性能的薄壁環(huán) 件。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所述GH4033高溫合金薄壁環(huán)件的輾軋成形方法，其 技術(shù)方案包括以下步驟加熱GH4033高溫合金預(yù)軋坯到1110°C 1130°C的變形溫度，并預(yù)熱隨動(dòng)模套到 280°C 330°C的溫度；把所述預(yù)軋坯和隨動(dòng)模套裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)，使預(yù)軋坯套住隨動(dòng)模套、隨動(dòng)模套套住芯輥并且沿主輥和芯輥的中心距方向預(yù)軋坯與主輥的外周面之間、預(yù)軋坯的內(nèi)環(huán)面與隨動(dòng)模 套的外周面之間、以及隨動(dòng)模套的內(nèi)環(huán)面與芯輥的外周面之間分別相切接觸，預(yù)軋坯被兩 個(gè)抱輥在其外周面扶持，上錐輥和下錐輥沿隨動(dòng)模套和預(yù)軋坯的上、下端面夾持該兩個(gè)工 件；啟動(dòng)軋環(huán)機(jī)使其主輥旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)預(yù)軋坯、隨動(dòng)模套、芯輥和兩個(gè)抱輥轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)由 軋環(huán)機(jī)驅(qū)動(dòng)上錐輥和下錐輥夾持住隨動(dòng)模套和預(yù)軋坯一起轉(zhuǎn)動(dòng)，芯輥沿徑向朝主輥方向作 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)并與主輥一起以220KN 4200KN的軋制力在隨動(dòng)模套的支撐下輾軋預(yù)軋坯，預(yù)軋 坯以5mm/s 8mm/s的速度沿徑向展寬，壁厚逐漸減小，其變形量達(dá)25% 45%后被輾軋 成薄壁環(huán)件。并且，所述隨動(dòng)模套在設(shè)計(jì)時(shí)，其最小壁厚按下式計(jì)算D0 = L-D1-R1-R2式中 為隨動(dòng)模套的最小壁厚；L為主輥與芯輥的最小中心距；D1為薄壁環(huán)件的徑向最小壁厚；R1為主輥的半徑；&為芯輥的半徑。采用上述輾軋成形方法軋制成形的薄壁環(huán)件，其壁厚最小值是25mm，高厚比的最 大值是25mm0與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明把加熱到變形溫度的GH4033高溫合金預(yù)軋坯和經(jīng)預(yù)熱的隨動(dòng)模套套裝進(jìn) 軋環(huán)機(jī)定位后，由其芯輥沿徑向朝主輥方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)并與主輥一起在隨動(dòng)模套的支撐下 輾軋預(yù)軋坯使其變形成形，獲得了薄壁及組織和性能優(yōu)良的薄壁環(huán)件。輾軋過(guò)程中，由于隨動(dòng)模套只進(jìn)行了預(yù)熱處理，其在軋制過(guò)程中幾乎是不會(huì)變形 的。軋制時(shí)由于在預(yù)軋坯和芯輥之間隔了一層隨動(dòng)模套，并且隨動(dòng)模套在預(yù)軋坯內(nèi)與其一 起同向轉(zhuǎn)動(dòng)，克服了預(yù)軋坯與隨動(dòng)模套之間由于產(chǎn)生激烈的摩擦使軋制過(guò)程不穩(wěn)定和易導(dǎo) 致預(yù)軋坯溫度升高的現(xiàn)象，從而有利于組織生產(chǎn)和獲得優(yōu)質(zhì)鍛件。輾軋過(guò)程中，由于預(yù)軋坯的內(nèi)環(huán)面緊貼在隨動(dòng)模套的外周面上并與其一起同向、 同步轉(zhuǎn)動(dòng)，避免了預(yù)軋坯受芯輥剛性部件的影響，從而避免其出現(xiàn)塑性失穩(wěn)而產(chǎn)生軋扁、喇 叭口等現(xiàn)象，而且與預(yù)軋坯一起同向、同步轉(zhuǎn)動(dòng)的隨動(dòng)模套還可對(duì)預(yù)軋坯的內(nèi)環(huán)面進(jìn)行整 圓防止其軋扁和出現(xiàn)喇叭口等現(xiàn)象，可實(shí)現(xiàn)精密軋制成形尺寸精度高的環(huán)件，節(jié)省貴重的 鈦合金材料。輾軋過(guò)程中，由于預(yù)軋坯內(nèi)套裝有隨動(dòng)模套，對(duì)預(yù)軋坯起到了較好的支撐和穩(wěn)固 作用，從而可以有效減輕預(yù)軋坯在軋制過(guò)程中朝其兩側(cè)的抱輥?zhàn)笥覕[動(dòng)的現(xiàn)象，防止環(huán)件 被軋扁而報(bào)廢。經(jīng)檢測(cè)該合金薄壁環(huán)件的尺寸精度，達(dá)到了相應(yīng)尺寸的3%。(千分之三)。經(jīng)檢測(cè)該合金薄壁環(huán)件的室溫拉伸性能，其抗拉強(qiáng)度為1050MPa(大于設(shè)計(jì)使用 要求的804MPa)，伸長(zhǎng)率為0. 2 %時(shí)的屈服強(qiáng)度為730MPa (大于設(shè)計(jì)使用要求的588MPa)，斷 后伸長(zhǎng)率為(大于設(shè)計(jì)使用要求的10%)，斷面收縮率為36% (大于設(shè)計(jì)使用要求的 13% )，沖擊功為677J(大于設(shè)計(jì)使用要求的。
經(jīng)檢測(cè)該合金薄壁環(huán)件的高溫持久性能，該合金環(huán)件在試驗(yàn)溫度為750°C、試驗(yàn)應(yīng) 力為343MPa、持續(xù)時(shí)間達(dá)51小時(shí)內(nèi)未斷，滿足了設(shè)計(jì)使用要求。經(jīng)檢測(cè)該合金薄壁環(huán)件的金相組織，達(dá)到了《航空用高溫合金環(huán)形件規(guī)范》(GJB 5301)標(biāo)準(zhǔn)的要求。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1是GH4033高溫合金預(yù)軋坯的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是隨動(dòng)模套和預(yù)軋坯的裝機(jī)定位及輾軋狀態(tài)示意圖。圖3是預(yù)軋坯輾軋成薄壁環(huán)件的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施本發(fā)明所述的GH4033高溫合金薄壁環(huán)件的輾軋成形方法需要提供鍛造加熱 爐、壓力機(jī)、軋環(huán)機(jī)、機(jī)械手等設(shè)備。該合金的主要化學(xué)元素含量(重量百分比)為含C量0.03% 0.08%、含Cr量 19. 0% 22. 0%、含々1量0. 60% 1. 00%、含Ti 量2. 40% 2. 80%、含F(xiàn)e 量<4. 0%、含B 量<0. 010%、含Ce 量<0. 010%、含Mn 量<0. 、含 Si 量< 0. 65%、含P量;^ 0. 015%, 含S量< 0. 007%，余量為Ni。該合金從棒料到生產(chǎn)出合格的薄壁環(huán)件的工藝步驟如下步驟1 制坯。把按規(guī)格下料的GH4033高溫合金棒料經(jīng)加熱、鐓粗、沖孔、拔長(zhǎng)、預(yù)軋后制取預(yù)軋 坯10°，其形狀如圖1所示。步驟2:裝機(jī)。如圖2所示，把預(yù)軋坯10°在鍛造加熱爐內(nèi)加熱到1110°C 1130°C的變形溫度 后裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)并平放在該機(jī)的底盤(pán)上(圖中未示出)，預(yù)軋坯10°套進(jìn)軋環(huán)機(jī)的芯輥2，其 外周面與軋環(huán)機(jī)的主輥1及兩個(gè)抱輥3的外周面相切接觸，兩個(gè)抱輥3對(duì)預(yù)軋坯10°起扶 持作用；同時(shí)把隨動(dòng)模套4在鍛造加熱爐內(nèi)預(yù)熱到280 °C 330 °C后裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)套進(jìn)軋環(huán)機(jī) 的芯輥2并套在預(yù)軋坯10°內(nèi)后平放在該機(jī)的底盤(pán)上(圖中未示出)，預(yù)軋坯10°的外周 面與主輥1的外周面之間、預(yù)軋坯10°的內(nèi)環(huán)面與隨動(dòng)模套4的外周面之間、及隨動(dòng)模套4 的內(nèi)環(huán)面與芯輥2的外周面之間均沿芯輥2和主輥4的中心距方向相切接觸；啟動(dòng)軋環(huán)機(jī) 使其上錐輥5和下錐輥6沿隨動(dòng)模套4和預(yù)軋坯10°的上下端面夾持該兩個(gè)工件，完成該 兩個(gè)工件的裝機(jī)定位。裝機(jī)時(shí)工件的裝運(yùn)主要通過(guò)機(jī)械手操作完成。步驟3:輾軋。啟動(dòng)軋環(huán)機(jī)使其主輥1按圖2所示方向旋轉(zhuǎn)，主輥1驅(qū)動(dòng)預(yù)軋坯10°、隨動(dòng)模套 4、芯輥2和兩個(gè)抱輥3按圖2所示的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)由軋環(huán)機(jī)驅(qū)動(dòng)上錐輥5和下錐輥6按 圖2所示方向轉(zhuǎn)動(dòng)并在預(yù)軋坯10°和隨動(dòng)模套4軋制過(guò)程中夾持該兩個(gè)工件的上、下端面， 使軋環(huán)機(jī)的兩個(gè)抱輥3扶持住預(yù)軋坯10°的外周面；芯輥2沿徑向朝主輥1方向作進(jìn)給運(yùn) 動(dòng)并與主輥1 一起以220KN 4200KN的軋制力在隨動(dòng)模套4的支撐下輾軋預(yù)軋坯10°，預(yù) 軋坯10°以5mm/s 8mm/s的速度沿徑向展寬，其壁厚逐漸減小。
預(yù)軋坯10°在隨動(dòng)模套4的支撐下被輾軋產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形，當(dāng)其變形量達(dá) 25% 45%后被軋制成形為薄壁環(huán)件10 (如圖3所示)，關(guān)閉軋環(huán)機(jī)，所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件停止后 移開(kāi)主輥1、上錐輥5和下錐輥6、兩個(gè)抱輥3以及壓在芯輥2頂部的軋環(huán)機(jī)懸臂，從芯輥2 頂部取出薄壁環(huán)件10。終軋后薄壁環(huán)件10進(jìn)行固溶+時(shí)效處理，固溶處理是把薄壁環(huán)件10加熱至 1080°C，保溫8h，空冷；時(shí)效處理是把固溶處理的薄壁環(huán)件10降溫至775°C，保溫16h，空 冷。在上述步驟1和步驟3中，該合金的終鍛或終軋溫度不小于950°C。所述變形量的計(jì)算方法為變形量=[(預(yù)軋坯10°沿中心線的縱截面面積-薄 壁環(huán)件10沿中心線的縱截面面積)/預(yù)軋坯10°沿中心線的縱截面面積]X 100%。在上述軋制過(guò)程中，為保證隨動(dòng)模套4在軋制過(guò)程中不變形和預(yù)軋坯10°能夠在 該模套內(nèi)充分變形成形，該模套的最小壁厚按下式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算D0 = L-D1-R1-R2式中Dq為隨動(dòng)模套4的最小壁厚；L為主輥1與芯輥2的最小中心距；D1為薄壁環(huán)件10的徑向最小壁厚；R1為主輥1的半徑；&為芯輥2的半徑。采用上述輾軋方法軋制的該合金薄壁環(huán)件10，其最小壁厚可達(dá)25mm，高厚(指壁 厚)比最大可達(dá)25mm。經(jīng)檢測(cè)，采用上述方法輾軋成形的GH4033高溫合金薄壁環(huán)件10具有較高的尺寸 精度和優(yōu)良的內(nèi)部組織及性能，完全滿足了該合金環(huán)件的設(shè)計(jì)使用要求。
權(quán)利要求
1. 一種GH4033高溫合金薄壁環(huán)件的輾軋成形方法，其特征在于，包括以下步驟 加熱GH4033高溫合金預(yù)軋坯到1110°C 1130°C的變形溫度，并預(yù)熱隨動(dòng)模套到280°C 330°C的溫度；把所述預(yù)軋坯和隨動(dòng)模套裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)，使預(yù)軋坯套住隨動(dòng)模套、隨動(dòng)模套套住芯輥并 且沿主輥和芯輥的中心距方向預(yù)軋坯與主輥的外周面之間、預(yù)軋坯的內(nèi)環(huán)面與隨動(dòng)模套的 外周面之間、以及隨動(dòng)模套的內(nèi)環(huán)面與芯輥的外周面之間分別相切接觸，預(yù)軋坯被兩個(gè)抱 輥在其外周面扶持，上錐輥和下錐輥沿隨動(dòng)模套和預(yù)軋坯的上、下端面夾持該兩個(gè)工件；啟動(dòng)軋環(huán)機(jī)使其主輥旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)預(yù)軋坯、隨動(dòng)模套、芯輥和兩個(gè)抱輥轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)由軋環(huán) 機(jī)驅(qū)動(dòng)上錐輥和下錐輥夾持住隨動(dòng)模套和預(yù)軋坯一起轉(zhuǎn)動(dòng)，芯輥沿徑向朝主輥方向作進(jìn)給 運(yùn)動(dòng)并與主輥一起以220KN 4200KN的軋制力在隨動(dòng)模套的支撐下輾軋預(yù)軋坯，預(yù)軋坯以 5mm/s 8mm/s的速度沿徑向展寬，壁厚逐漸減小，其變形量達(dá)25 % 45 %后被輾軋成薄壁 環(huán)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輾軋成形方法，其特征在于所述隨動(dòng)模套的最小壁厚按下 式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算D0 = L-D1-R1-R2式中 為隨動(dòng)模套的最小壁厚； L為主輥與芯輥的最小中心距； D1為薄壁環(huán)件的徑向最小壁厚； R1為主輥的半徑； R2為芯輥的半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輾軋成形方法，其特征在于所述薄壁環(huán)件的壁厚最小值是 25mm,高厚比的最大值是25mm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種GH4033高溫合金薄壁環(huán)件的輾軋成形方法，為軋制成形尺寸精度高及組織和性能優(yōu)良的薄壁環(huán)件，其技術(shù)方案為先把經(jīng)加熱到變形溫度的鈦合金預(yù)軋坯和預(yù)熱的隨動(dòng)模套套裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)，隨動(dòng)模套被套在預(yù)軋坯內(nèi)，由軋環(huán)機(jī)的主輥、芯輥、抱輥和上、下錐輥對(duì)該兩個(gè)工件進(jìn)行定位；再啟動(dòng)軋環(huán)機(jī)，由其芯輥沿徑向朝主輥方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)并與主輥一起以220KN～4200KN的軋制力在隨動(dòng)模套的支撐下輾軋預(yù)軋坯，使其以5mm/s～8mm/s的速度沿徑向展寬，壁厚逐漸減小，其變形量達(dá)25％～45％后被輾軋成薄壁環(huán)件。采用該方法軋制成形的鈦合金薄壁環(huán)件的壁厚最小值是25mm，高厚比的最大值是25mm，該環(huán)件主要用于航空航天等領(lǐng)域使用的筒形殼體等回轉(zhuǎn)體零部件。
文檔編號(hào)B21H1/06GK102085556SQ20101058219
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者劉朝輝, 盧漫宇, 吳永安, 張華 , 楊良會(huì), 黃攀 申請(qǐng)人:貴州航宇科技發(fā)展有限公司