專利名稱：一種超細晶、高強度合金葉片鍛件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫合金葉片精鍛領(lǐng)域，特別涉及了一種超細晶、高強度GH4169合金轉(zhuǎn)子葉片鍛件的制造方法。
背景技術(shù)：
壓氣機葉片是燃氣輪機和航空發(fā)動機等機械的重要工作部件，尤其是高壓壓氣機轉(zhuǎn)子葉片，不但要隨壓氣機盤做300(Tl0000rpm以上的長時間高速旋轉(zhuǎn)，受熱、力條件復雜，且其葉身又極單薄，進、排氣邊緣厚度甚至達O. 2mm,因此對材質(zhì)和組織性能要求十分苛刻；葉片精鍛解決了薄型面材料難加工這一難題，顯著提高了葉片加工的效率，由于葉片精鍛技術(shù)是材料熱加工、精密檢測、表面優(yōu)化等技術(shù)在發(fā)動機高精度葉片制造上的綜合運用，具有流程短、高效、低耗、優(yōu)質(zhì)眾多特點，但是由于工藝、設備原因，高溫合金精鍛葉片還存在很多困難?，F(xiàn)有技術(shù)中對GH4169合金轉(zhuǎn)子葉片鍛件的制造，為其榫頭平均晶粒度細于5級，葉身平均晶粒度細于7級，抗拉強度、持久等力學性能達到“普通強度”水平，其工藝流程為第一步，將坯料加熱1000°C 1150°C，擠桿，變形量20 % 60 %，清理；第二步，將擠桿后的坯料加熱1000°C 1150°C，墩頭，變形量20 % 60 %，清理；第三步，將墩頭后的坯料加熱900°C 1200°C，墩頭，變形量20% 60%，清理；第四步，將預鍛后的坯料加熱900°C 1200°C，進行終鍛，變形量20% 60%，清理；第五步，熱處理，鍛件進行固溶，固溶溫度為1000°C 1100°C，后理化檢驗。采用傳統(tǒng)工藝流程很難做到超細晶粒、高強度的高溫合金精鍛葉片，其工序和加熱方式等已經(jīng)沒有調(diào)整空間，因此，需要對工藝流程中的工序和加熱方式進行優(yōu)化設計，以制造出榫頭平均晶粒度細于8級，葉身平均晶粒度細于10級，抗拉強度、持久等力學性能達至IJ “高強”水平的葉片鍛件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供了一種超細晶、高強度合金葉片鍛件制造方法，通過對加熱條件和模具設計的控制，將三道工序合并為一道工序。本發(fā)明的技術(shù)方案一種超細晶、高強度合金葉片鍛件的制造方法，通過對加熱條件和模具設計的控制，確定了能夠?qū)崿F(xiàn)超細晶、高強度高溫合金葉片鍛件的精鍛工藝流程和工藝參數(shù)，其特征在于所述加熱條件，采用鋇鹽爐加熱，坯料轉(zhuǎn)移時間< 5s，加熱溫度1020°C ±10°C，坯料和葉片加熱時間> 3min ;所述模具設計，模具材料選為耐磨的4Cr5W2VSi，在半徑R的轉(zhuǎn)接處堆焊合金材料Co6tlCr3tlW5Si2,厚度1. O 1. 5mm,焊前模塊預熱300°C 400°C，保溫30 50min，堆焊時用小錘輕敲打焊料，焊后保溫冷卻；所述工藝流程和工藝參數(shù)包括步驟一，將圓柱坯料鋇鹽爐加熱，擠壓成型菱形葉身和榫頭，加熱溫度為1000°C 1020°C，擠壓比為5 6左右，清理；步驟二，將擠壓件鋇鹽爐加熱，終鍛成形葉身和榫頭，加熱溫度為1000°C 1020°C，葉身變形量為40% 60%，榫頭變形量為20% 40%，清理；步驟三，熱處理，真空固溶，加熱溫度為970°C 980°C，保溫I 2小時后理化檢測。本發(fā)明的有益效果與傳統(tǒng)制造方法相比減少了三套工序，縮短了模具設計周期和生產(chǎn)工藝流程，降低了材料消耗，節(jié)約了成本；同時制備出的鍛件性能組織平均晶粒度細于10級，性能達到高強鍛件的水平。


圖1是傳統(tǒng)合金葉片制造流程圖。圖2是本發(fā)明合金葉片精鍛制造流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖1 2和實施例具體說明本發(fā)明的內(nèi)容。如圖1所示，傳統(tǒng)合金葉片精密鍛造工藝流程是1圓柱坯料一 21擠壓成型圓柱葉身一 22墩頭成型方形榫頭一 23預成型葉身和榫頭一 3終成形葉身和榫頭一 4切毛邊一 5熱處理一 6理化檢測；該流程是目前國內(nèi)外對不銹鋼、鈦合金葉片廣泛采用的流程，但采用該流程很難做到超細晶粒、高強度的高溫合金精鍛葉片，其工序和加熱方式等已經(jīng)沒有調(diào)整空間。如圖2所示，本發(fā)明合金葉片精鍛制造流程圖1圓柱坯料一 2擠壓成型菱形葉身和榫頭一 3終鍛成形葉身和榫頭一 4切毛邊一 5熱處理一 6理化檢測；該流程將“21擠壓成型圓柱葉身一 22墩頭成型方形榫頭一 23預成型葉身和榫頭”三道工序合并為“2擠壓成型菱形葉身和榫頭” 一道工序，因此縮短了流程，且該流程中“菱形葉身和榫頭”結(jié)構(gòu)較“圓柱葉身+圓形榫頭”結(jié)構(gòu)明顯降低了材料消耗。本發(fā)明所述的優(yōu)化高溫合金葉片精鍛制造流程，具體實施過程為首先，將圓柱坯料鋇鹽爐加熱，擠壓成型菱形葉身和榫頭，加熱溫度為1000°c 1020°C，擠壓比為5 6左右，清理；其次，將擠壓件鋇鹽爐加熱，終鍛成形葉身和榫頭，加熱溫度為1000°C 1020°C，葉身變形量為40 % 60 %，榫頭變形量為20 % 40 %，清理；最后，熱處理，真空固溶，加熱溫度為970°C 980°C，保溫I 2小時后理化檢測；所述清理過程對擠壓用圓柱坯料采用外圓磨，倒圓角；對菱形擠壓坯進行腐蝕、吹沙和振動光飾；對終鍛葉片進行腐蝕、吹沙和振動光飾、拋光等方法，去除表面缺陷。葉片坯料擠壓模具的設計制造及表面強化方式是本發(fā)明的重要環(huán)節(jié)，是縮短流程、節(jié)約材料消耗的關(guān)鍵；但擠壓坯料變形量較大，模具承受的反作用力和摩擦力也大，需要對模具結(jié)構(gòu)、模具材料精心選擇，同時還要對喉部進行強化；因此模具設計制造和強化方案是需要解決的重要問題。本發(fā)明優(yōu)選實施例中，采用擠壓“菱形葉身和榫頭”的模具結(jié)構(gòu)，所述“菱形葉身和榫頭”的模具結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)“圓柱葉身+圓形榫頭”的模具結(jié)構(gòu)有較大差別，“圓柱葉身+圓形榫頭”的模具結(jié)構(gòu)為圓筒形整體結(jié)構(gòu)，“菱形葉身和榫頭”的模具結(jié)構(gòu)為對開式方形錐臺結(jié)構(gòu)，為了提高模具壽命，對喉部進行了強化處理，本發(fā)明“菱形葉身和榫頭”的模具結(jié)構(gòu)具體設計過程為模具材料選為耐磨的4Cr5W2VSi，為提高模具壽命，在半徑R的轉(zhuǎn)接處堆焊合金材料Co6tlCr3tlW5Si2,厚度1. O 1. 5mm,焊前模塊預熱300°C 400°C，保溫30 50min，堆焊時用小錘輕敲打焊料，易于應力釋放，防止開裂；每套模具焊2次，焊后保溫冷卻。鍛件加熱過程GH4169合金是靠δ相和Υ丨相強化的鎳基高溫合金，晶粒度、δ相和相對鍛造加熱參數(shù)和變形量比較敏感，不同的參數(shù)得到不同的組織結(jié)構(gòu)，進而影響強度和塑性指標；要想獲得理想的組織性能，同時對余量較小的精鍛葉片進行表面氧化和元素貧化的嚴格控制，必須對坯料和鍛件的加熱制度進行優(yōu)化。本發(fā)明優(yōu)選實施例中，采用鋇鹽爐加熱，它的優(yōu)點是具有加熱速度快，溫度均勻和不易氧化、脫碳等，在坯料擠壓或鍛造過程中，無需再在坯料表面涂覆任何潤滑劑；同時要求坯料的轉(zhuǎn)移時間很嚴彡5s，一旦時間超過5s，則鋇鹽變冷，形成硬殼，在鍛件表面留下凹坑；本發(fā)明優(yōu)選實施例中，采用加熱溫度1020°C ±10°C，坯料和葉片加熱時間>3min ;每次加熱7次，循環(huán)加熱，此方法比電爐加熱縮短了加熱時間近1711^11，提高生產(chǎn)效率85%。傳統(tǒng)制備工藝中，高溫合金在多次的加熱過程后，鍛件表層的碳、硼等合金元素易被燒蝕和貧化，甚至誘發(fā)鍛件表層晶粒粗化，導致拉伸塑性和沖擊韌性下降，高溫持久力明顯降低，對此需要進行了葉片鍛后表面貧化的檢驗。本發(fā)明由于整個鍛造加熱過程中均采用了鋇鹽爐加熱，熔融的氯化鋇在坯料表面形成一層致密的潤滑層，使坯料不易氧化、脫碳等，坯料表面幾乎沒有貧化層產(chǎn)生。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用以限定本發(fā)明的申請范圍；凡其他未脫離本發(fā)明所揭示的實質(zhì)下所完成的等效改變或修飾，均應包含在下述的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超細晶、高強度合金葉片鍛件制造方法，所述制造過程包括擠壓、終鍛、切毛邊、熱處理，其特征在于所述擠壓過程前采用鋇鹽爐對坯料加熱；所述擠壓模具采用“菱形葉身和榫頭”對開式方形錐臺結(jié)構(gòu)，并對擠壓模具喉部進行強化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細晶、高強度合金葉片鍛件制造方法，其特征在于所述鋇鹽爐加熱過程中，坯料轉(zhuǎn)移時間彡5s，加熱溫度1020°C ±10°C，坯料加熱時間> 3min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細晶、高強度合金葉片鍛件制造方法，其特征在于所述擠壓模具的制造材料選用4Cr5W2VSi。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細晶、高強度合金葉片鍛件制造方法，其特征在于所述擠壓模具喉部強化方式為，在喉部R的轉(zhuǎn)接處堆焊合金材料Co6tlCr3具Si2，厚度1. O 1. 5mm ;焊前對模具預熱、保溫，所述預熱溫度為300°C 400°C，保溫時間為30 50min ;堆焊時用小錘輕敲打焊料，焊后保溫冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的超細晶、高強度合金葉片鍛件制造方法，其特征在于所述擠壓過程為，先將坯料用鋇鹽爐加熱，加熱溫度為1000°c 1020°C，然后擠壓成型“菱形葉身和榫頭”，擠壓比為5 6左右。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的超細晶、高強度合金葉片鍛件制造方法，其特征在于所述終鍛過程為，先將擠壓件鋇鹽爐加熱，加熱溫度為1000°c 1020°C，然后終鍛成型“菱形葉身和榫頭”，葉身變形量為40% 60%，榫頭變形量為20% 40%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的超細晶、高強度合金葉片鍛件制造方法，其特征在于所述熱處理過程為，真空固溶，加熱溫度為970°C 980°C，保溫I 2小時。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超細晶、高強度合金葉片鍛件的制造方法，制造過程包括，擠壓、終鍛、切毛邊、熱處理，其特征在于所述擠壓過程前采用鋇鹽爐加熱；所述擠壓模具采用“菱形葉身和榫頭”對開式方形錐臺結(jié)構(gòu)，并對擠壓模具喉部進行強化處理；本發(fā)明縮短了模具設計周期和生產(chǎn)工藝流程，降低了材料消耗，節(jié)約了成本；同時制備出的鍛件性能組織平均晶粒度細于10級，性能達到高強鍛件的水平。
文檔編號B23P15/02GK103009018SQ20111027913
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者邰清安, 關(guān)紅, 王少剛, 郝德佳, 國振興 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責任公司