專利名稱：Gh4169高溫合金復(fù)雜異形截面環(huán)形件的輾軋成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)形件的軋制成形方法，特別是涉及了 GH4169高溫合金復(fù)雜異形截面環(huán)形件的輾軋成形方法。
背景技術(shù)：
隨著航空、航天、船舶、核能、燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力發(fā)電等行業(yè)的訊速發(fā)展，對(duì)環(huán)形件的成形尺寸精度、組織及性能也提出了較高的要求，環(huán)形件軋制技術(shù)也隨之朝著近凈成形方向發(fā)展，軋制成形的環(huán)形件其截面形狀越來(lái)越復(fù)雜，軋制成形難度越來(lái)越大，而如何獲得沿零件外形分布的環(huán)形件是實(shí)現(xiàn)精密軋制成形的前提。2008年10月8日公開的中國(guó)發(fā)明專利說(shuō)明書CN 101279346A公開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)格下料的高溫合金棒料經(jīng)鐓粗、沖孔、兩次軋環(huán)制取矩形異軋坯，再把矩形異軋坯裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)輾軋模具內(nèi)輾軋成形為異形環(huán)鍛件，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)鍛件。該方法由于采用矩形預(yù)軋坯直接輾軋成異形環(huán)形件，一般情況下只能輾軋成形簡(jiǎn)單形狀的異形截面環(huán)形件；若采用該方法輾軋復(fù)雜形狀的異形截面環(huán)形件例如截面上既有凹槽面也有凸臺(tái)面的復(fù)雜異形截面GH4169高溫合金環(huán)形件時(shí)，由于輾軋過(guò)程中矩形預(yù)軋坯在軋制孔型中的金屬流動(dòng)復(fù)雜，矩形預(yù)軋坯與軋制孔型之間的作用界面情況復(fù)雜，輾軋過(guò)程具有明顯的非線性、時(shí)變、非穩(wěn)態(tài)特性，造成輾軋成形的異形截面環(huán)形件容易產(chǎn)生截面輪廓充不滿、外表面有折疊、端面有魚鱗狀等缺陷，從而影響終軋環(huán)形件的尺寸精度和組織性能，嚴(yán)重時(shí)還可導(dǎo)致環(huán)形件報(bào)廢，不利于實(shí)現(xiàn)異形截面環(huán)形件的精密輾軋成形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種按預(yù)定體積流量反向變形的異形預(yù)軋坯來(lái)實(shí)現(xiàn)GH4169高溫合金復(fù)雜異形截面環(huán)形件的輾軋成形方法，采用該方法能夠軋制出外形完整、尺寸精度高、組織和性能優(yōu)良并沿零件外形分布的GH4169高溫合金復(fù)雜異形截面環(huán)形件。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所述GH4169高溫合金復(fù)雜異形截面環(huán)形件的輾軋成形方法，其工藝步驟如下:把按規(guī)格下料的GH4169高溫合金棒料加熱到1000°C 1050°C的變形溫度后經(jīng)鐓粗、沖孔和兩次小變形量環(huán)軋成矩形預(yù)軋坯:加熱所述矩形預(yù)軋坯到上述變形溫度后裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)使其縱向截面處于輾軋模具的預(yù)軋異形孔型內(nèi)，所述預(yù)軋異形孔型由具有凹槽面的預(yù)軋內(nèi)型模塊、具有上凹槽面和下凹槽面的預(yù)軋外型模塊及上端蓋和下端蓋圍成；啟動(dòng)軋環(huán)機(jī)使芯輥和主輥以1000KN 2000KN的軋制力在預(yù)軋異形孔型內(nèi)輾軋矩形預(yù)軋還，矩形預(yù)軋還以8mm/s 15mm/s的速度沿徑向展寬,并在預(yù)軋內(nèi)型模塊和預(yù)軋外型模塊的輾軋下沿與終軋異形截面環(huán)形件結(jié)構(gòu)形狀相反的方向按預(yù)定的體積流量變形成異形預(yù)軋坯；所述異形預(yù)軋坯由第一預(yù)軋矩形環(huán)、第二預(yù)軋異形環(huán)、第三預(yù)軋矩形環(huán)、第四預(yù)軋異形環(huán)及第五預(yù)軋矩形環(huán)依次疊加組成；在異形預(yù)軋坯的內(nèi)環(huán)面上具有預(yù)軋內(nèi)凸臺(tái)面，在其外環(huán)面上具有預(yù)軋上凸臺(tái)面和預(yù)軋下凸臺(tái)面，所述預(yù)軋上凸臺(tái)面處于第二預(yù)軋異形環(huán)的外周面，所述預(yù)軋下凸臺(tái)面處于第四預(yù)軋異形環(huán)的外周面；在第二預(yù)軋異形環(huán)和第四預(yù)軋異形環(huán)之間具有預(yù)軋凹槽面，并且所述第一預(yù)軋矩形環(huán)與第五預(yù)軋矩形環(huán)形狀和尺寸完全相同、所述第二預(yù)軋異形環(huán)與第四預(yù)軋異形環(huán)形狀和尺寸完全相同；把軋環(huán)機(jī)芯輥模的預(yù)軋內(nèi)型模塊更換為終軋內(nèi)型模塊，所述終軋內(nèi)型模塊的外周面具有外凸臺(tái)面；把主輥模的預(yù)軋外型模塊更換為終軋外型模塊，所述終軋外型模塊的外周面上具有上凸臺(tái)面和下凸臺(tái)面；所述終軋內(nèi)型模塊、終軋外型模塊的外周面與所述上端蓋、下端蓋圍成終軋異形孔型；把異形預(yù)軋坯在鍛造加熱爐內(nèi)加熱到1000°C 1050°C的變形溫度后裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)使其縱向截面處于終軋異形孔型內(nèi)，使終軋內(nèi)型模塊的外凸臺(tái)面與異形預(yù)軋坯的預(yù)軋內(nèi)凸臺(tái)面相對(duì)應(yīng)，終軋外型模塊的上凸臺(tái)面與異形預(yù)軋坯的預(yù)軋上凸臺(tái)面相對(duì)應(yīng)，終軋外型模塊的下凸臺(tái)面與異形預(yù)軋坯的預(yù)軋下凸臺(tái)面相對(duì)應(yīng)；啟動(dòng)軋環(huán)機(jī)以600KN 1000KN的軋制力對(duì)異形預(yù)軋坯進(jìn)行軋制，所述異形預(yù)軋坯在終軋異形孔型內(nèi)，其內(nèi)環(huán)面上的預(yù)軋內(nèi)凸臺(tái)面及其外環(huán)面上的預(yù)軋上凸臺(tái)面、預(yù)軋下凸臺(tái)面首先受到來(lái)自終軋內(nèi)型模塊的外凸臺(tái)面及終軋外型模塊的上凸臺(tái)面、下凸臺(tái)面的軋制，異形預(yù)軋還在異形孔型內(nèi)以2mm/s 8mm/s的速度沿徑向展寬,其內(nèi)金屬流動(dòng)從第二預(yù)軋異形環(huán)向第一預(yù)軋矩形環(huán)和第三預(yù)軋矩形環(huán)流動(dòng)，同時(shí)從第四預(yù)軋異形環(huán)向第三預(yù)軋矩形環(huán)和第五預(yù)軋矩形環(huán)方向流動(dòng)；當(dāng)?shù)诙A(yù)軋異形環(huán)內(nèi)的金屬流到第一預(yù)軋矩形環(huán)和第三預(yù)軋矩形環(huán)內(nèi)的金屬體積分別為預(yù)定的流量體積Vtl，并且當(dāng)?shù)谒念A(yù)軋異形環(huán)內(nèi)的金屬流到第三預(yù)軋矩形環(huán)和第五預(yù)軋矩形環(huán)內(nèi)的金屬體積分別為預(yù)定的流量體積Vtl時(shí)，異形預(yù)軋坯在終軋異形孔型內(nèi)被輾軋成復(fù)雜的異形截面環(huán)形件；所述異形截面環(huán)形件由第一終軋異形環(huán)、第二終軋矩形環(huán)、第三終軋異形環(huán)、第四終軋矩形環(huán)及第五終軋異形環(huán)依次疊加組成，所述第三終軋異形環(huán)的外環(huán)面具有終軋外凸臺(tái)面，在所述第一終軋異形環(huán)與第三終軋異形環(huán)之間具有終軋上凹槽面，在所述第三終軋異形環(huán)與第五終軋異形環(huán)之間具有終軋下凹槽面，在所述異形截面環(huán)形件的內(nèi)環(huán)面上具有終軋內(nèi)凹槽面，并且所述第一終軋異形環(huán)與第五終軋異形環(huán)的形狀和尺寸完全相同、所述第二終軋矩形環(huán)與第四終軋矩形環(huán)的形狀和尺寸完全相同。所述異形預(yù)軋坯與所述異形截面環(huán)形件之間的體積關(guān)系按下列公式計(jì)算:V01=V1 — V0 ; V02=V2 + 2V0 ; V03=V3 — 2V0 ; V04=V4 + 2V0 ; V05=V5 — V0 ；式中:V01—第一預(yù)軋矩形環(huán)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V02—第二預(yù)軋異形環(huán)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V03—第三預(yù)軋矩形環(huán)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V04—第四預(yù)軋異形環(huán)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V05—第五預(yù)軋矩形環(huán)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V1—第一終軋異形環(huán)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；
V2—第二終軋矩形環(huán)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V3—第三終軋異形環(huán)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V4—第四終軋矩形環(huán)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V5—第五終軋異形環(huán)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V0——從第二預(yù)軋異形環(huán)內(nèi)流到第一預(yù)軋矩形環(huán)內(nèi)的預(yù)定金屬流量體積；等于從第二預(yù)軋異形環(huán)內(nèi)流到第三預(yù)軋矩形環(huán)內(nèi)的預(yù)定金屬流量體積；等于從第四預(yù)軋異形環(huán)內(nèi)流到第三預(yù)軋矩形環(huán)內(nèi)的預(yù)定金屬流量體積；等于從第四預(yù)軋異形環(huán)內(nèi)流到第五預(yù)軋矩形環(huán)內(nèi)的預(yù)定金屬流量體積。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明先把制取的GH4169高溫合金矩形預(yù)軋坯在預(yù)軋異形孔型內(nèi)由預(yù)軋內(nèi)型模塊和預(yù)軋外型模塊輾軋成與終軋異形截面環(huán)形件結(jié)構(gòu)形狀相反的異形預(yù)軋坯，再把異形預(yù)軋坯在終軋異形孔型內(nèi)由終軋內(nèi)型模塊和終軋外型模塊輾軋成異形截面環(huán)形件；輾軋時(shí)，所述異形預(yù)軋坯在終軋異形孔型內(nèi)，其內(nèi)環(huán)面上的預(yù)軋內(nèi)凸臺(tái)面及其外環(huán)面上的預(yù)軋上、下凸臺(tái)面首先受到來(lái)自終軋內(nèi)型模塊的外凸臺(tái)面及終軋外型模塊的上、下凸臺(tái)面的軋制，異形預(yù)軋坯沿徑向展寬其內(nèi)部金屬?gòu)妮^多的地方向較少的地方流動(dòng)，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算和軋環(huán)機(jī)的精確控制，使異形預(yù)軋坯第二預(yù)軋異形環(huán)內(nèi)的金屬流到第一預(yù)軋矩形環(huán)和第三預(yù)軋矩形環(huán)內(nèi)的金屬體積分別為預(yù)定的流量體積，第四預(yù)軋異形環(huán)內(nèi)的金屬流到第三預(yù)軋矩形環(huán)和第五預(yù)軋矩形環(huán)內(nèi)的金屬體積分別為預(yù)定的流量體積；由于異形預(yù)軋坯在異形孔型內(nèi)輾軋成異形截面環(huán)形件時(shí)其體積是不變的，通過(guò)引導(dǎo)金屬流向簡(jiǎn)化了異形預(yù)軋坯與軋制孔型之間的作用界面關(guān)系，增加了輾軋過(guò)程的穩(wěn)定性，獲得了沿零件外形呈完整流線分布的復(fù)雜異形截面環(huán)形件，克服輾軋過(guò)程中易出現(xiàn)截面輪廓充不滿、外表面有折疊、端面有魚鱗狀等缺陷，實(shí)現(xiàn)了 GH4169高溫合金復(fù)雜異形截面環(huán)形件的精密輾軋成形。本發(fā)明在制異形預(yù)軋坯時(shí)采用較大的軋制力和較高的展寬速度，有利于矩形預(yù)軋坯快速成形為異形預(yù)軋坯，提高生產(chǎn)效率，而不會(huì)對(duì)終軋異形截面環(huán)形件的尺寸精度和組織性能產(chǎn)生任何影響；在輾軋成形異形截面環(huán)形件時(shí)采用較小的軋制力和較低的展寬速度，有利于控制異形預(yù)軋坯內(nèi)的金屬流動(dòng)速度和流動(dòng)方向，使異形截面環(huán)形件的輪廓能夠充滿、避免產(chǎn)生折疊、魚鱗狀等缺陷，并獲得均勻、致密的內(nèi)部組織。經(jīng)檢測(cè)該高溫合金異形截面環(huán)形件的尺寸精度，達(dá)到了相應(yīng)尺寸的3%。(千分之三)。經(jīng)檢測(cè)該高溫合金異形截面環(huán)形件的室溫拉伸性能，其抗拉強(qiáng)度為1470MPa (大于使用要求的1275MPa)，其伸長(zhǎng)率為0.2%時(shí)的屈服強(qiáng)度為1320MPa (大于使用要求的1035MPa)，斷后伸長(zhǎng)率為16% (大于使用要求的12%)，斷面收縮率為34% (大于使用要求的15%);經(jīng)檢測(cè)該高溫合金異形截面環(huán)形件在650°C的拉伸性能，其抗拉強(qiáng)度為1200MPa (大于使用要求的lOOOMPa)，其伸長(zhǎng)率為0.2%時(shí)的屈服強(qiáng)度為1040MPa(大于使用要求的860MPa)，其斷后伸長(zhǎng)率為18% (大于使用要求的12%);經(jīng)檢測(cè)該高溫合金異形截面環(huán)形件的布氏硬度為390 (大于使用要求的363);經(jīng)檢測(cè)該高溫合金異形截面環(huán)形件的高溫拉伸持久性能，在試驗(yàn)溫度為650°C、試驗(yàn)應(yīng)力為690MPa、持續(xù)時(shí)間在65h (大于使用要求的25h)內(nèi)均增載三次，均斷于光滑處，斷后伸長(zhǎng)率為18% (大于使用要求的5%)。經(jīng)檢測(cè)該高溫合金異形截面環(huán)形件的金相組織，其內(nèi)部組織較為均勻、致密，達(dá)到了使用要求。


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GH4169高溫合金矩形預(yù)軋坯的制坯工藝流程圖。圖2是GH4169高溫合金矩形預(yù)軋坯裝進(jìn)輾軋模具的結(jié)構(gòu)圖。圖3是圖2所示的矩形預(yù)軋坯輾軋工藝過(guò)程的俯視方向示意圖。圖4是輾軋成形的GH4169高溫合金異形預(yù)軋坯沿其中心線的縱剖面圖。圖5是輾軋成形的GH4169高溫合金復(fù)雜異形截面環(huán)形件沿其中心線的縱剖面圖。圖6是圖4所示的異形預(yù)軋坯與圖5所示的復(fù)雜異形截面環(huán)形件沿其中心線的縱剖面對(duì)比圖。圖7是GH4169高溫合金異形預(yù)軋坯的縱向截面裝進(jìn)終軋異形孔型內(nèi)的結(jié)構(gòu)圖。圖8是GH4169高溫合金異形預(yù)軋坯的縱向截面在終軋異形孔型內(nèi)被輾軋時(shí)的金屬流動(dòng)方向示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施本發(fā)明所述的GH4169高溫合金復(fù)雜異形截面環(huán)形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。下面詳細(xì)說(shuō)明該方法的具體實(shí)施方式
:現(xiàn)有技術(shù)中給出的GH4169高溫合金的主要化學(xué)元素含量(重量百分比)為:含Cr量 17.0% 21.0%、含 Ni 量 50.0% 55.0%、含Mo 量 2.80% 3.30%、含 Ti 量 0.75% 1.15%、含Al量0.30% 0.70%、含C量彡0.08%、含Co量彡1.0%、此外還含有其他微量元素、余量為Fe。該高溫合金從棒料到生產(chǎn)出合格的復(fù)雜異形截面環(huán)形件的工藝步驟如下:步驟1:矩形預(yù)軋坯的制坯。現(xiàn)有技術(shù)中給出的矩形預(yù)軋坯的制坯如圖1所示，把按規(guī)格下料的GH4169高溫合金棒料I在鍛造加熱爐內(nèi)加熱到1000°C 1050°C的變形溫度，經(jīng)鐓粗、沖孔和兩次小變形量環(huán)軋成矩形預(yù)軋坯10。步驟2:異形預(yù)軋坯的制坯?，F(xiàn)有技術(shù)中給出的帶有主輥模和芯輥模的軋環(huán)機(jī)如圖2所示，所述芯輥模由預(yù)軋內(nèi)型模塊16、芯套21、壓環(huán)22通過(guò)螺母23和芯輥鍵24固定在芯輥12上；所述主輥模由下端蓋19、預(yù)軋外型模塊17、上端蓋18通過(guò)主輥套20和主輥鍵25固定在主輥13上，所述預(yù)軋內(nèi)型模塊16和預(yù)軋外型模塊17的外周面與所述上、下端蓋18和19圍成預(yù)軋異形孔型
11。本發(fā)明中所述預(yù)軋內(nèi)型模塊16的外周面具有凹槽面1 ，所述預(yù)軋外型模塊17的外周面具有上凹槽面H1和下凹槽面172。制坯時(shí)，先把矩形預(yù)軋坯10在鍛造加熱爐內(nèi)加熱到1000°C 1050°C的變形溫度后裝進(jìn)由主輥模和芯輥模組成的輾軋模具，如 圖2所示，把該矩形預(yù)軋坯10用機(jī)械手套裝進(jìn)芯輥模使其圍住預(yù)軋內(nèi)型模塊16并平放在軋環(huán)機(jī)的底盤上(圖中未示出);啟動(dòng)軋環(huán)機(jī)使其主輥13按圖2所示方向旋轉(zhuǎn)，然后使芯輥12向主輥13方向平移靠近主輥13后芯輥模與主輥模合模，矩形預(yù)軋坯10的縱向截面處于預(yù)軋異形孔型11內(nèi)；同時(shí)由軋環(huán)機(jī)驅(qū)動(dòng)上、下錐輥14和15按圖2所示方向轉(zhuǎn)動(dòng)并準(zhǔn)備夾持住矩形預(yù)軋坯10的上、下端面，使軋環(huán)機(jī)的兩個(gè)抱輥26 (如圖3所示)扶持住矩形預(yù)軋坯10的外環(huán)周面；主輥13驅(qū)動(dòng)矩形預(yù)軋坯10、芯輥12和兩個(gè)抱輥26按圖2和圖3所示的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的上、下錐輥14和15夾持住轉(zhuǎn)動(dòng)的矩形預(yù)軋坯10的上、下端面與其一起轉(zhuǎn)動(dòng)；芯輥12沿徑向朝主輥13方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使芯輥12和主輥13以1000KN 2000KN的軋制力在其預(yù)軋異形孔型11內(nèi)輾軋矩形預(yù)軋還10,矩形預(yù)軋還10以8mm/s 15mm/s的速度沿徑向展寬，并在具有凹槽面Wtl的預(yù)軋內(nèi)型模塊16和具有上凹槽面H1、下凹槽面172的預(yù)軋外型模塊17的輾軋下沿與終軋異形截面環(huán)形件結(jié)構(gòu)形狀相反的方向變形。其壁厚逐漸減小，上、下錐輥14和15以及兩個(gè)抱輥26隨著矩形預(yù)軋坯10的徑向展寬而外移；矩形預(yù)軋坯10在預(yù)軋異形孔型11內(nèi)被輾軋產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形，最后矩形預(yù)軋坯10在預(yù)軋異形孔型11內(nèi)按預(yù)定的體積流量變形后成為與終軋異形截面環(huán)形件40 (如圖5所示)結(jié)構(gòu)形狀完全相反的異形預(yù)軋坯30，所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件停止后移開主輥13、錐輥14和15、兩個(gè)抱輥26以及壓在芯輥12頂部的軋環(huán)機(jī)懸臂，從芯輥?lái)敳咳〕霎愋晤A(yù)軋坯30。軋制成形的異形預(yù)軋坯30的縱截面形狀如圖4所示，所述異形預(yù)軋坯30由第一預(yù)軋矩形環(huán)Stll、第二預(yù)軋異形環(huán)Stl2、第三預(yù)軋矩形環(huán)Stl3、第四預(yù)軋異形環(huán)Stl4及第五預(yù)軋矩形環(huán)S05依次疊加組成；在異形預(yù)軋坯30的內(nèi)環(huán)面上具有預(yù)軋內(nèi)凸臺(tái)面30°，在其外環(huán)面上具有預(yù)軋上凸臺(tái)面301和預(yù)軋下凸臺(tái)面302，所述預(yù)軋上凸臺(tái)面301處于第二預(yù)軋異形環(huán)S02的外周面，所述預(yù)軋下凸臺(tái)面302處于第四預(yù)軋異形環(huán)Stl4的外周面；在第二預(yù)軋異形環(huán)S02和第四預(yù)軋異形環(huán)Stl4之間具有預(yù)軋凹槽面303，并且所述第一預(yù)軋矩形環(huán)Stll與第五預(yù)軋矩形環(huán)S05形狀和尺寸完全相同、所述第二預(yù)軋異形環(huán)Stl2與第四預(yù)軋異形環(huán)Stl4形狀和尺寸完全相同，為清楚起見(jiàn)，上述環(huán)SciPSm、Sc^ Stl4及Stl5之間用雙點(diǎn)劃線101、102、103及104進(jìn)行了分隔。圖5示出了最終需要輾軋成形的異形截面環(huán)形件40的縱截面剖面結(jié)構(gòu)，所述異形截面環(huán)形件40由第一終軋異形環(huán)S 1、第二終軋矩形環(huán)S2、第三終軋異形環(huán)S3、第四終軋矩形環(huán)S4及第五終軋異形環(huán)S5依次疊加組成，所述第三終軋異形環(huán)S3的外環(huán)面具有終軋外凸臺(tái)面403，在所述第一終軋異形環(huán)S1與第三終軋異形環(huán)S3之間具有終軋上凹槽面401，在所述第三終軋異形環(huán)S3與第五終軋異形環(huán)S5之間具有終軋下凹槽面402，在異形截面環(huán)形件40的內(nèi)環(huán)面上具有終軋內(nèi)凹槽面40°，并且所述第一終軋異形環(huán)S1與第五終軋異形環(huán)S5的形狀和尺寸完全相同、所述第二終軋矩形環(huán)S2與第四終軋矩形環(huán)S4的形狀和尺寸完全相同。為清楚起見(jiàn)，上述環(huán)S1、S2、S3、S4&S5之間也用雙點(diǎn)劃線101、102、103及104進(jìn)行了分隔。圖6示出了異形預(yù)軋坯30與異形截面環(huán)形件40的縱截面對(duì)比圖，從圖6中可以看出，上述異形預(yù)軋坯30的環(huán)SQ1、S02, S03> S04, S05及異形截面環(huán)形件40的環(huán)Sp S2, S3、S4、S5是能夠同時(shí)用雙點(diǎn)劃線101、102、103、104分隔的。異形預(yù)軋坯30與異形截面環(huán)形件40的各環(huán)之間的體積關(guān)系按下列公式計(jì)算:V01=V1 — V0 -,V02=V2 + 2V0 -,V03=V3 — 2V0 -,V04=V4 + 2V0 -,V05=V5 — V0。式中:V01—第一預(yù)軋矩形環(huán)Stll對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V02—第二預(yù)軋異形環(huán)Stl2對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V03—第三預(yù)軋矩形環(huán)Stl3對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；
V04—第四預(yù)軋異形環(huán)Stl4對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V05—第五預(yù)軋矩形環(huán)Stl5對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V1—第一終軋異形環(huán)S1對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V2—第二終軋矩形環(huán)S2對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V3—第三終軋異形環(huán)S3對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V4—第四終軋矩形環(huán)S4對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V5—第五終軋異形環(huán)S5對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積；V0——從第二預(yù)軋異形環(huán)Stl2內(nèi)流到第一預(yù)軋矩形環(huán)Stll內(nèi)的預(yù)定金屬流量體積；等于從第二預(yù)軋異形環(huán)Stl2內(nèi)流到第三預(yù)軋矩形環(huán)Stl3內(nèi)的預(yù)定金屬流量體積；等于從第四預(yù)軋異形環(huán)Stl4內(nèi)流到第三預(yù)軋矩形環(huán)Stl3內(nèi)的預(yù)定金屬流量體積；等于從第四預(yù)軋異形環(huán)S04內(nèi)流到第五預(yù)軋矩形環(huán)S05內(nèi)的預(yù)定金屬流量體積。并且，從上述第一預(yù)軋矩形環(huán)Stll與第五預(yù)軋矩形環(huán)Stl5形狀和尺寸完全相同，第二預(yù)軋異形環(huán)Stl 2與第四預(yù)軋異形環(huán)Stl4形狀和尺寸完全相同，可知=Vtll= V05, V02=V04 ;從上述第一終軋異形環(huán)S1與第五終軋異形環(huán)S5的形狀和尺寸完全相同，第二終軋矩形環(huán)S2與第四終軋矩形環(huán)S4的形狀和尺寸完全相同，可知=V1= v5、v2=v4。步驟3:異形截面環(huán)形件的輾軋成形。如圖7所示，把軋環(huán)機(jī)芯輥模的預(yù)軋內(nèi)型模塊16更換為終軋內(nèi)型模塊16'，所述終軋內(nèi)型模塊16'的外周面具有外凸臺(tái)面16° ;把主輥模的預(yù)軋外型模塊17更換為終軋外型模塊17'，所述終軋外型模塊17'的外周面上具有上凸臺(tái)面171和下凸臺(tái)面172;所述終軋內(nèi)型模塊16'、終軋外型模塊17'的外周面與所述上端蓋18、下端蓋19圍成終軋異形孔型 11'。把異形預(yù)軋坯30在鍛造加熱爐內(nèi)加熱到1000°C 1050°C的變形溫度后按步驟2所述的方法裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)使其縱向截面處于終軋異形孔型IP內(nèi)，使終軋內(nèi)型模塊16'的外凸臺(tái)面16°與異形預(yù)軋坯30的預(yù)軋內(nèi)凸臺(tái)面30°相對(duì)應(yīng)，終軋外型模塊17'的上凸臺(tái)面171與異形預(yù)軋坯30的預(yù)軋上凸臺(tái)面301相對(duì)應(yīng)，終軋外型模塊17'的下凸臺(tái)面172與異形預(yù)軋坯30的預(yù)軋下凸臺(tái)面302相對(duì)應(yīng)。按步驟2所述的方法啟動(dòng)軋環(huán)機(jī)以600KN 1000KN的軋制力對(duì)異形預(yù)軋坯30進(jìn)行軋制，如圖8所示，所述異形預(yù)軋坯30在終軋異形孔型11'內(nèi)，其內(nèi)環(huán)面上的預(yù)軋內(nèi)凸臺(tái)面30°及其外環(huán)面上的預(yù)軋上凸臺(tái)面301、預(yù)軋下凸臺(tái)面302首先受到來(lái)自終軋內(nèi)型模塊16'的外凸臺(tái)面16°及終軋外型模塊17'的上凸臺(tái)面171、下凸臺(tái)面172的軋制(圖8中F表示軋制力)，異形預(yù)軋還30在異形孔型11'內(nèi)以2mm/s 8mm/s的速度沿徑向展寬,并從金屬較多的地方向較少的地方流動(dòng)，即異形預(yù)軋坯30內(nèi)的金屬?gòu)牡诙A(yù)軋異形環(huán)Stl2向第一預(yù)軋矩形環(huán)Stll和第三預(yù)軋矩形環(huán)Stl3流動(dòng)，同時(shí)從第四預(yù)軋異形環(huán)Stl4向第三預(yù)軋矩形環(huán)S03和第五預(yù)軋矩形環(huán)S05方向流動(dòng)；軋制過(guò)程中，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算和軋環(huán)機(jī)的精確控制，當(dāng)?shù)诙A(yù)軋異形環(huán)Stl2內(nèi)的金屬流到第一預(yù)軋矩形環(huán)Stll和第三預(yù)軋矩形環(huán)Stl3內(nèi)的金屬體積分別為預(yù)定的流量體積Vtl,并且當(dāng)?shù)谒念A(yù)軋異形環(huán)Stl4內(nèi)的金屬流到第三預(yù)軋矩形環(huán)Stl3和第五預(yù)軋矩形環(huán)Sci5內(nèi)的金屬體積分別為預(yù)定的流量體積Vci時(shí)，即:當(dāng)V1= V01 + V0^V2= V02 —2V0,V3= V03 + 2Vq、V4= V04 - 2Vq、V5= V05 + V0時(shí)，異形預(yù)軋坯30在終軋異形孔型11'內(nèi)被輾軋成復(fù)雜的異形截面環(huán)形件40。
在上述步驟I 3中，該高溫合金的終鍛或終軋溫度不小于930°C。經(jīng)檢測(cè)，采用上述方法輾軋成形的GH4169高溫合金異形截面環(huán)形件40，其形狀沿零件外形分布，并具有較高的尺寸精度和優(yōu)良的內(nèi)部組織及性能，完全滿足了該高溫合金環(huán)形件的使用要求。
權(quán)利要求
1.一種GH4169高溫合金復(fù)雜異形截面環(huán)形件的輾軋成形方法，包括把按規(guī)格下料的GH4169高溫合金棒料(1)加熱到1000°C 1050°C的變形溫度后經(jīng)鐓粗、沖孔和兩次小變形量環(huán)軋成矩形預(yù)軋坯(10)的步驟，其特征在于，該方法還包括以下步驟: 加熱所述矩形預(yù)軋坯(10)到上述變形溫度后裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)使其縱向截面處于輾軋模具的預(yù)軋異形孔型(11)內(nèi)，所述預(yù)軋異形孔型(11)由具有凹槽面(160)的預(yù)軋內(nèi)型模塊(16)、具有上凹槽面(171)和下凹槽面(172)的預(yù)軋外型模塊(17)及上端蓋(18)和下端蓋(19)圍成；啟動(dòng)軋環(huán)機(jī)使芯輥(12)和主輥(13)以1000KN 2000KN的軋制力在預(yù)軋異形孔型(11)內(nèi)輾軋矩形預(yù)軋還(10),矩形預(yù)軋還(10)以8mm/s 15mm/s的速度沿徑向展寬,并在預(yù)軋內(nèi)型模塊(16)和預(yù)軋外型模塊(17)的輾軋下沿與終軋異形截面環(huán)形件(40)結(jié)構(gòu)形狀相反的方向按預(yù)定的體積流量變形成異形預(yù)軋坯(30);所述異形預(yù)軋坯(30)由第一預(yù)軋矩形環(huán)(S0l)、第二預(yù)軋異形環(huán)(S02)第三預(yù)軋矩形環(huán)(Stl3X第四預(yù)軋異形環(huán)(S04)及第五預(yù)軋矩形環(huán)(S05)依次疊加組成；在異形預(yù)軋坯(30)的內(nèi)環(huán)面上具有預(yù)軋內(nèi)凸臺(tái)面(30°)，在其外環(huán)面上具有預(yù)軋上凸臺(tái)面(301)和預(yù)軋下凸臺(tái)面(302)，所述預(yù)軋上凸臺(tái)面(301)處于第二預(yù)軋異形環(huán)(S02)的外周面，所述預(yù)軋下凸臺(tái)面(302)處于第四預(yù)軋異形環(huán)(S04)的外周面；在第二預(yù)軋異形環(huán)(S02)和第四預(yù)軋異形環(huán)(S04)之間具有預(yù)軋凹槽面(303)，并且所述第一預(yù)軋矩形環(huán)(S0l)與第五預(yù)軋矩形環(huán)(S05)形狀和尺寸完全相同、所述第二預(yù)軋異形環(huán)(S02)與第四預(yù)軋異形環(huán)(S04)形狀和尺寸完全相同； 把軋環(huán)機(jī)芯輥模的預(yù)軋內(nèi)型模塊(16)更換為終軋內(nèi)型模塊(16')，所述終軋內(nèi)型模塊(16,)的外周面具有外凸臺(tái)面(16°);把主輥模的預(yù)軋外型模塊(17)更換為終軋外型模塊(17')，所述終軋外型模塊(17')的外周面上具有上凸臺(tái)面(171)和下凸臺(tái)面(172);所述終軋內(nèi)型模塊(16')、終軋外型模塊(17')的外周面與所述上端蓋(18)、下端蓋(19)圍成終軋異形孔型(1P ); 把異形預(yù)軋坯(30)在鍛造加熱爐內(nèi)加熱到1000°C 1050°C的變形溫度后裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)使其縱向截面處于終軋異形孔型(1P )內(nèi)，使終軋內(nèi)型模塊(16')的外凸臺(tái)面(16°)與異形預(yù)軋坯(30)的預(yù)軋內(nèi)凸臺(tái)面(30°)相對(duì)應(yīng)，終軋外型模塊(17')的上凸臺(tái)面(171)與異形預(yù)軋坯(30)的預(yù)軋上凸臺(tái)面(301)相對(duì)應(yīng)，終軋外型模塊(17')的下凸臺(tái)面(172)與異形預(yù)軋坯(30)的預(yù)軋下凸臺(tái)面(302)相對(duì)應(yīng)； 啟動(dòng)軋環(huán)機(jī)以600KN 1000KN的軋制力對(duì)異形預(yù)軋坯(30)進(jìn)行軋制，所述異形預(yù)軋坯(30)在終軋異形孔型(11')內(nèi)，其內(nèi)環(huán)面上的預(yù)軋內(nèi)凸臺(tái)面(30°)及其外環(huán)面上的預(yù)軋上凸臺(tái)面(301)、預(yù)軋下凸臺(tái)面(302)首先受到來(lái)自終軋內(nèi)型模塊(16')的外凸臺(tái)面(16°)及終軋外型模塊(17')的上凸臺(tái)面(171)、下凸臺(tái)面(172)的軋制，異形預(yù)軋坯(30)在異形孔型(11')內(nèi)以2mm/s 8mm/s的速度沿徑向展寬,其內(nèi)金屬流動(dòng)從第二預(yù)軋異形環(huán)(S02)向第一預(yù)軋矩形環(huán)(S0l)和第三預(yù)軋矩形環(huán)(S03)流動(dòng)，同時(shí)從第四預(yù)軋異形環(huán)(S04)向第三預(yù)軋矩形環(huán)(S03)和第五預(yù)軋矩形環(huán)(S05)方向流動(dòng)；當(dāng)?shù)诙A(yù)軋異形環(huán)(S02)內(nèi)的金屬流到第一預(yù)軋矩形環(huán)(S0l)和第三預(yù)軋矩形環(huán)(S03)內(nèi)的金屬體積分別為預(yù)定的流量體積V0，并且當(dāng)?shù)谒念A(yù)軋異形環(huán)(S04)內(nèi)的金屬流到第三預(yù)軋矩形環(huán)(S03)和第五預(yù)軋矩形環(huán)(S05)內(nèi)的金屬體積分別為預(yù)定的流量體積Vtl時(shí)，異形預(yù)軋坯(30)在終軋異形孔型(11')內(nèi)被輾軋成復(fù)雜的異形截面環(huán)形件(40);所述異形截面環(huán)形件(40)由第一終軋異形環(huán)(S1)第二終軋矩形環(huán)(S2)、第三終軋異形環(huán)(S3)、第四終軋矩形環(huán)(S4)及第五終軋異形環(huán)(S5)依次疊加組成，所述第三終軋異形環(huán)(S3)的外環(huán)面具有終軋外凸臺(tái)面(403)，在所述第一終軋異形環(huán)(S1)與第三終軋異形環(huán)(S3)之間具有終軋上凹槽面(401)，在所述第三終軋異形環(huán)(S3)與第五終軋異形環(huán)(S5)之間具有終軋下凹槽面(402)，在所述異形截面環(huán)形件(40)的內(nèi)環(huán)面上具有終軋內(nèi)凹槽面(40°)，并且所述第一終軋異形環(huán)(S1)與第五終軋異形環(huán)(S5)的形狀和尺寸完全相同、所述第二終軋矩形環(huán)(S2)與第四終軋矩形環(huán)(S4)的形狀和尺寸完全相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述GH4169高溫合金復(fù)雜異形截面環(huán)形件的輾軋成形方法，其特征在于:所述異形預(yù)軋坯(30)與所述異形截面環(huán)形件(40)之間的體積關(guān)系按下列公式計(jì)算:V01=V1 - V0 ；V02=V2 + 2V0 ；V03=V3 - 2V0 ；V04=V4 + 2V0 ；V05=V5 — V0 ； 式中: V01—第一預(yù)軋矩形環(huán)(Stll)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積； V02—第二預(yù)軋異形環(huán)(Stl2)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積； V03—第三預(yù)軋矩形環(huán)(Stl3)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積； V04—第四預(yù)軋異形環(huán)(Stl4)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積； V05—第五預(yù)軋矩形環(huán)(Stl5)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積； V1—第一終軋異形環(huán)(S1)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積； V2—第二終軋矩形環(huán)(S2)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積； V3—第三終軋異形環(huán)(S3)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積； V4—第四終軋矩形環(huán)(S4)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積； V5—第五終軋異形環(huán)(S5)對(duì)應(yīng)的環(huán)形體積； V0—從第二預(yù)軋異形環(huán)(Stl2) 內(nèi)流到第一預(yù)軋矩形環(huán)(Stll)內(nèi)的預(yù)定金屬流量體積；等于從第二預(yù)軋異形環(huán)(Stl2)內(nèi)流到第三預(yù)軋矩形環(huán)(Stl3)內(nèi)的預(yù)定金屬流量體積；等于從第四預(yù)軋異形環(huán)(Stl4)內(nèi)流到第三預(yù)軋矩形環(huán)(Stl3)內(nèi)的預(yù)定金屬流量體積；等于從第四預(yù)軋異形環(huán)(Stl4)內(nèi)流到第五預(yù)軋矩形環(huán)(Stl5)內(nèi)的預(yù)定金屬流量體積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種GH4169高溫合金復(fù)雜異形截面環(huán)形件的輾軋成形方法，為軋制出外形完整、尺寸精度高、組織和性能優(yōu)良并沿零件外形分布的復(fù)雜異形截面環(huán)形件，其技術(shù)方案為把按規(guī)格下料的GH4169高溫合金棒料加熱后經(jīng)鐓粗、沖孔和兩次小變形量環(huán)軋成矩形預(yù)軋坯；把矩形預(yù)軋坯加熱后在預(yù)軋異形孔型內(nèi)由預(yù)軋內(nèi)型模塊和預(yù)軋外型模塊輾軋成與終軋異形截面環(huán)形件結(jié)構(gòu)形狀相反的異形預(yù)軋坯；把異形預(yù)軋坯加熱后在終軋異形孔型內(nèi)由終軋內(nèi)型模塊和終軋外型模塊輾軋成異形截面環(huán)形件，輾軋時(shí)，所述異形預(yù)軋坯在終軋異形孔型內(nèi)沿徑向展寬其內(nèi)部金屬按預(yù)定的體積流量從較多的地方向較少的地方流動(dòng)。該環(huán)形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)B21H1/06GK103111560SQ201210531790
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者吳永安, 羅鴻飛, 孫傳華, 楊家典, 張建軍, 張勝利, 安世豪 申請(qǐng)人:貴州航宇科技發(fā)展股份有限公司