專利名稱：Gh4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種具有復雜截面的大直徑金屬環(huán)件的短流程加工成形方法，具體的涉及ー種GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法。
背景技術：
采用GH4169高溫合金制造的航空發(fā)動機或燃氣輪機的異形大環(huán)件，如機閘等零部件，工作環(huán)境惡劣。特殊的使用環(huán)境對環(huán)件的尺寸精度和綜合力學性能提出了近乎苛刻的要求一方面要求零件具有高精度的外形尺寸，避免后續(xù)機加成形，浪費大量人力物力的同時嚴重降低環(huán)件使用性能；另ー方面要求零件具有優(yōu)異的組織狀態(tài)以達到綜合力學性能的要求。 目前，復雜截面環(huán)件的制備通常采用余熱等溫軋制(也稱作熱輾擴)與機械切削加エ聯(lián)合完成。該エ藝基于成形錠坯軋制出矩形截面的環(huán)坯，再通過機械切削將矩形截面加エ成所需要的復雜截面。主要加工エ藝流程為冶煉一開坯一下料一鐓粗一沖孔一余熱等溫軋制一熱處理一機械加工。該エ藝存在以下幾個方面的問題
1)流程冗長，エ序繁多，生產(chǎn)效率低；
2)輾擴環(huán)坯需沖孔制備，且最終截面形狀需通過切削多余敷料保證，材料利用率低；
3)機械加工過程切斷金屬流線，導致環(huán)件綜合力學性能下降；
4)制備過程需反復加熱，導致晶粒粗大，表面氧化嚴重，能源損耗大。公開號為CN 101817134A的中國專利公開了ー種金屬環(huán)件短流程鑄輾復合成形的方法，該金屬環(huán)件短流程鑄輾復合成形的方法雖然在一定程度上滿足生產(chǎn)流程短，節(jié)省能源、材料和人力的有益效果，但是該方法采用離心鋳造環(huán)坯，無法滿足復雜截面環(huán)件的加エ要求，且生產(chǎn)得到的金屬環(huán)件的綜合力學性能還達不到極端環(huán)境的使用要求。鑒于此，本發(fā)明g在探索ー種GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，該方法不僅能夠簡化鎳基高溫合金環(huán)件的制坯エ藝流程、降低成本和提高生產(chǎn)效率，而且還能夠有效改善合金環(huán)件的微觀組織狀態(tài)，提高綜合力學性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是提出ー種GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，該復合成形方法不僅能夠簡化合金環(huán)件的制坯エ藝流程、降低成本和提高生產(chǎn)效率，而且還能夠有效改善鎳基高溫合金環(huán)件的微觀組織狀態(tài)，提高綜合力學性倉^:。要實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，包括如下步驟
1)熔煉采用真空感應+電渣重熔+真空自耗重熔的三聯(lián)冶煉エ藝；
2)液態(tài)模鍛將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，將第I)步驟中得到的合金溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為1350-1400で，加壓速度為35-40 mm/s，充型時間1-6 S，比壓350-400 MPa，并在該壓カ下保壓35-90 S，得到近終截面環(huán)坯；
3)均勻化當近終截面環(huán)坯冷卻至1150-1160で時，保溫20-30h后，再升溫至1180-1190 で，保溫 110-130 h ；
4)余熱等溫軋制均勻化后的近終截面環(huán)坯降溫至1020-1120°C時，在徑軸復合軋環(huán)機上進行余熱等溫軋制；
5)熱處理；采用直接時效熱處理經(jīng)第4)步驟得到的環(huán)坯在715-725で下保溫8h； 隨后以50 V /h隨爐冷至615-625で后，保溫8 h，空冷；
6)精整。進ー步，所述第I)步驟中，真空自耗重熔過程采用水與氦氣雙重冷卻；
進ー步，所述第2)步驟中，液態(tài)模鍛模具采用高溫合金制備，將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，預熱至100-150で時，在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度10-20 μ m，繼續(xù)預熱液態(tài)模鍛模具至300-350 V ;
進ー步，所述第4)步驟中，所述余熱等溫軋制依次包括快速輾擴階段、穩(wěn)定輾擴階段、減速輾擴階段和成圓整形階段，所述快速輾擴階段和穩(wěn)定輾擴階段時的軸向進給速度與徑向進給速度滿足V$_=0. 5-0. 6Ve@，所述減速輾擴階段和成圓整形階段時，徑軸復合軋環(huán)機的錐輥不進給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當近終截面環(huán)坯的外徑與成品環(huán)相差小于等于50 mm時，軸向軋輥抬起；
進一歩，軋制模具與坯料溫差為±10°C ；
進一歩，徑軸復合軋環(huán)機的徑向進給量選擇鍛透所要求的最小進給量和咬入孔型所允許的最大進給量之間的較小值；
進ー步，所述第6)步驟中，精整為冷精整；
進ー步，余熱等溫軋制過程中，徑軸復合軋環(huán)機的主棍轉(zhuǎn)速為O. 5-0. 8 rad/s,芯棍進給速度為1_30 mm/s。進一歩，所述液態(tài)模鍛模具的型腔形狀與環(huán)件的形狀相似，在液態(tài)模鍛模具的設計時，選取內(nèi)/外截面上形狀簡單的一側作為定位基準面，井根據(jù)余熱等溫軋制時軋輥與近終截面環(huán)坯接觸的形狀設置液態(tài)模鍛模具的型腔，且液態(tài)模鍛模具型腔的閉合尺寸與環(huán)件最終截面尺寸相比液態(tài)模鍛模具的徑向尺寸大于環(huán)件的徑向尺寸，液態(tài)模鍛模具的軸向尺寸小于環(huán)件的徑向尺寸。進ー步，所述余熱等溫軋制的輾擴比> I. 4，控制軋制后的近終截面環(huán)坯的內(nèi)孔偏心度<3°，液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的芯孔直徑> 330_。本發(fā)明的有益效果為
本發(fā)明的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法采用三聯(lián)熔煉—液態(tài)模鍛一兩階段均勻化處理一余熱等溫軋制一直接時效熱處理一精整的エ藝流程，該方法首先熔煉高溫合金溶液，隨后采用液態(tài)模鍛エ藝得到近終截面環(huán)坯，在兩階段均勻化處理后，利用余熱等溫軋制直接等溫輾擴成形，與傳統(tǒng)エ藝相比，具有以下優(yōu)點
O短流程，有效提高生產(chǎn)效率；
2)無沖孔エ序，環(huán)件的復雜截面依靠液態(tài)模鍛模具與軋輥孔型共同保證，顯著提高材料利用率，實現(xiàn)近終截面環(huán)坯成形；
3)液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的組織狀態(tài)顯著優(yōu)于普通鋳造環(huán)坯，輔以后續(xù)的余熱等溫軋制成形可充分保證環(huán)坯材料的鍛態(tài)特性，獲得細密且均勻化的組織；
4)余熱等溫軋制后的直接時效熱處理工藝在保證產(chǎn)品組織狀態(tài)及綜合力學性能的前提下，較傳統(tǒng)固溶處理工藝顯著提高了生產(chǎn)效率，進ー步縮短制備時間；
5)精整エ序有效保證環(huán)件截面尺寸和表面精度，避免機加工造成環(huán)件流線切斷的問題，顯著提高綜合力學性能；
6)還料無須反復加熱，節(jié)能減排，實現(xiàn)綠色制造。因此，本發(fā)明的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法能夠有效簡化制坯エ藝，縮短エ藝流程，降低成本，提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的推廣應用前景。
具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明的具體實施方式
作詳細說明。第一實施例
本實施例的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，包括如下步驟
1)熔煉采用真空感應+電渣重熔+真空自耗重熔的三聯(lián)冶煉エ藝，具體的，真空自耗重熔過程采用水與氦氣雙重冷卻，可有效減輕Nb金屬的偏析；
2)液態(tài)模鍛將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，將第I)步驟中得到的合金溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為1400で，加壓速度為40 mm/s，充型時間5 s,比壓350 MPa，并在該壓カ下保壓90 S，得到近終截面環(huán)坯，比壓是指液態(tài)金屬在壓カ下冷卻承受的單位壓カ；
3)均勻化當近終截面環(huán)坯冷卻至1150°C吋，保溫20h后，再升溫至1180°C，保溫110h，特別的，第一階段的均勻化過程中需嚴格控制保溫溫度，并不得高于1160で，否則會造成Laves相的初熔,無法消除偏析；
4)余熱等溫軋制采用均勻化后的余熱降溫到軋制溫度直接實施余熱等溫軋制過程，而不需要二次加熱，均勻化后的近終截面環(huán)坯降溫至1020で時，在徑軸復合軋環(huán)機上進行等溫軋制，并控制軋制模具與坯料溫差為-io°c，余熱等溫軋制依次包括快速輾擴階段、穩(wěn)定輾擴階段、減速輾擴階段和成圓整形階段，且快速輾擴階段和穩(wěn)定輾擴階段時的軸向進給速度與徑向進給速度滿足V$_=0. 6Ve@，減速輾擴階段和成圓整形階段時，徑軸復合軋環(huán)機的錐輥不進給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當環(huán)坯的外徑與成品環(huán)外徑相差等于50 mm時，軸向軋輥抬起；優(yōu)選的，余熱等溫軋制過程中，徑軸復合軋環(huán)機的主輥轉(zhuǎn)速為O. 5rad/s,芯棍進給速度為25mm/s ；
5)熱處理；采用直接時效熱處理經(jīng)第4)步驟得到的環(huán)坯在715°C下保溫8h ;隨后以50 V /h隨爐冷至615°C后，保溫8 h，空冷；
6)精整，本實施例的精整采用冷精整エ藝。采用液態(tài)模鍛制成近終截面環(huán)坯，使GH4169高溫合金在壓カ下結晶、成形并產(chǎn)生少量塑性變形，獲得內(nèi)部組織致密，晶粒細小，表面光潔的優(yōu)質(zhì)液態(tài)模鍛件。液態(tài)模鍛具有以下エ藝特點
I)液態(tài)模鍛可以消除鑄件內(nèi)部的氣孔、縮孔和疏松等缺陷，產(chǎn)生局部的塑性變形，使鑄件組織致密；
2)液態(tài)金屬在壓カ下成形和凝固，使鑄件與型腔壁貼合緊密，因而液態(tài)模鍛件有較高的表面光潔度和尺寸精度，其級別能達到壓鑄件的水平；
3)液態(tài)模鍛件在凝固過程中，各部位處于壓應カ狀態(tài)，有利于鑄件的補縮和防止鋳造裂紋的產(chǎn)生；
4)液態(tài)模鍛エ藝非常適合制備截面復雜的環(huán)坯，可有效降低成本，提高環(huán)件的材料利用率。液態(tài)模鍛技術還具有エ藝簡單、鑄件機械性能好、生產(chǎn)效率高、成本相對較低等優(yōu)點。進ー步，所述第2)步驟中，液態(tài)模鍛模具采用高溫合金制備，將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，預熱至150で時，在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度10-20 ym，繼續(xù)預熱液態(tài)模鍛模具至300°C。通 過在液態(tài)模鍛模具上噴涂耐火涂層，可方便方便液態(tài)模鍛模具脫摸。進ー步，所述第4)步驟中，徑軸復合軋環(huán)機的軋輥異形孔型依據(jù)環(huán)件產(chǎn)品截面設計，并與液態(tài)模鍛模具型腔截面匹配，并保證足夠的變形程度及兩者匹配。徑軸復合軋環(huán)機的徑向進給量選擇鍛透所要求的最小進給量和咬入孔型所允許的最大進給量之間的較小值。進ー步，本實施例的GH4169鎳基高溫合金，其組分的重量比為0. 06% C，21. 0%Cr, 55. 0% Ni, 3. 30% Mo, O. 70% Al, I. 15Ti,5. 50% Nb, O. 006 % B, I. O % Co, O. 005 % Mg,O. 35 % Mn,O. 35 % Si,O. 015 % P,O. 015 % S，0. 30 % Cu,O. 005 % Ca,O. 00003 % Bi,O. 005% Sn,O. 0005 % Pb,O. 0005 % Ag,O. 0003 % Se,O. 00005 % Te,O. 01 % N,O. 005 % 0，其余
為Fe。進一歩，液態(tài)模鍛模具的型腔形狀與環(huán)件的形狀相似，在液態(tài)模鍛模具的設計時，選取內(nèi)/外截面上形狀簡單的一側作為定位基準面，井根據(jù)余熱等溫軋制時軋輥與近終截面環(huán)坯接觸的形狀設置液態(tài)模鍛模具的型腔，有效避免毛坯截面形狀復雜導致軋制初期環(huán)坯與軋輥之間的點/線接觸，導致打滑或咬合不良的問題。液態(tài)模鍛模具型腔的閉合尺寸與環(huán)件最終截面尺寸相比液態(tài)模鍛模具的徑向尺寸大于環(huán)件的徑向尺寸，液態(tài)模鍛模具的軸向尺寸小于環(huán)件的徑向尺寸，具體尺寸根據(jù)輾擴比確定。進ー步，余熱等溫軋制的輾擴比彡I. 4，本實施例的輾擴比=1. 4，以保證最終環(huán)件具有明顯的周向纖維。控制軋制后的近終截面環(huán)坯的內(nèi)孔偏心度<3°本實施例的近終截面環(huán)坯內(nèi)孔偏心度為1°，保證最終環(huán)坯幾何精度和重量精度，液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的芯孔直徑彡330mm。本實施例的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法采用三聯(lián)溶煉一液態(tài)模鍛一兩階段均勻化處理一余熱等溫軋制一直接時效熱處理一精整的エ藝流程，該方法首先熔煉高溫合金溶液，隨后采用液態(tài)模鍛エ藝得到近終截面環(huán)坯，在兩階段均勻化處理后，利用余熱等溫軋制直接等溫輾擴成形，與傳統(tǒng)エ藝相比，具有以下優(yōu)點
1)短流程，有效提高生產(chǎn)效率；
2)無沖孔エ序，環(huán)件的復雜截面依靠液態(tài)模鍛模具與軋輥孔型共同保證，顯著提高材料利用率，實現(xiàn)近終截面環(huán)坯成形；
3)液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的組織狀態(tài)顯著優(yōu)于普通鋳造環(huán)坯，輔以后續(xù)的余熱等溫軋制成形可充分保證環(huán)坯材料的鍛態(tài)特性，獲得細密且均勻化的組織；4)余熱等溫軋制后的直接時效熱處理工藝在保證產(chǎn)品組織狀態(tài)及綜合力學性能的前提下，較傳統(tǒng)固溶處理工藝顯著提高了生產(chǎn)效率，進ー步縮短制備時間；
5)精整エ序有效保證環(huán)件截面尺寸和表面精度，避免機加工造成環(huán)件流線切斷的問題，顯著提高綜合力學性能；
6)還料無須反復加熱，節(jié)能減排，實現(xiàn)綠色制造。因此，本實施例的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法能夠有效簡化制坯エ藝，縮短エ藝流程，降低成本，提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益，具有巨大的發(fā)展?jié)摜蛷V闊的推廣應用前景。第二實施例
本實施例的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，包括如下步驟
1)熔煉采用真空感應+電渣重熔+真空自耗重熔的三聯(lián)冶煉エ藝，具體的，真空自耗重熔過程采用水與氦氣雙重冷卻，可有效減輕Nb金屬的偏析；
2)液態(tài)模鍛將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，將第I)步驟中得到的合金溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為1350で，加壓速度為35mm/s，充型時間I S，比壓400MPa，并在該壓カ下保壓35 S，得到近終截面環(huán)坯，比壓是指液態(tài)金屬在壓カ下冷卻承受的單位壓カ；
3)均勻化當近終截面環(huán)坯冷卻至1160°C時，保溫30h，再升溫至1190°C，保溫130h；特別的，第一階段均勻化過程中需嚴格控制保溫溫度，并不得高于1160で，否則會造成Laves相的初熔,無法消除偏析；
4)余熱等溫軋制采用均勻化后的余熱降溫到軋制溫度直接實施余熱等溫軋制過程，而不需要二次加熱，均勻化后的近終截面環(huán)坯降溫至1120で時，在徑軸復合軋環(huán)機上進行等溫軋制，并控制軋制模具與坯料溫差為10°C，余熱等溫軋制依次包括快速輾擴階段、穩(wěn)定輾擴階段、減速輾擴階段和成圓整形階段，且快速輾擴階段和穩(wěn)定輾擴階段時的軸向進給速度與徑向進給速度滿足V$_=0. 5Ve@，減速輾擴階段和成圓整形階段時，徑軸復合軋環(huán)機的錐輥不進給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當環(huán)坯的外徑與成品環(huán)外徑相差等于30_時，軸向軋輥抬起；優(yōu)選的，余熱等溫軋制過程中，徑軸復合軋環(huán)機的主輥轉(zhuǎn)速為O. 8rad/s,芯棍進給速度為30mm/s ；
5)熱處理；采用直接時效熱處理經(jīng)第4)步驟得到的環(huán)坯在725°C下保溫8h ;隨后以50 V /h隨爐冷至625°C后，保溫8 h，空冷；
6)精整，本實施例的精整采用冷精整エ藝。采用液態(tài)模鍛制成近終截面環(huán)坯，使GH4169高溫合金在壓カ下結晶、成形并產(chǎn)生少量塑性變形，獲得內(nèi)部組織致密，晶粒細小，表面光潔的優(yōu)質(zhì)液態(tài)模鍛件。液態(tài)模鍛具有以下エ藝特點
1)液態(tài)模鍛可以消除鑄件內(nèi)部的氣孔、縮孔和疏松等缺陷，產(chǎn)生局部的塑性變形，使鑄件組織致密；
2)液態(tài)金屬在壓カ下成形和凝固，使鑄件與型腔壁貼合緊密，因而液態(tài)模鍛件有較高的表面光潔度和尺寸精度，其級別能達到壓鑄件的水平；
3)液態(tài)模鍛件在凝固過程中，各部位處于壓應カ狀態(tài)，有利于鑄件的補縮和防止鋳造裂紋的產(chǎn)生；
4)液態(tài)模鍛エ藝非常適合制備截面復雜的環(huán)坯，可有效降低成本，提高環(huán)件的材料利用率。液態(tài)模鍛技術還具有エ藝簡單、鑄件機械性能好、生產(chǎn)效率高、成本相對較低等優(yōu)點。進ー步，所述第2)步驟中 ，液態(tài)模鍛模具采用高溫合金制備，將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，預熱至100°c時，在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度10-20 ym，繼續(xù)預熱液態(tài)模鍛模具至350°C。通過在液態(tài)模鍛模具上噴涂耐火涂層，可方便方便液態(tài)模鍛模具脫模。進ー步，所述第4)步驟中，徑軸復合軋環(huán)機的軋輥異形孔型依據(jù)環(huán)件產(chǎn)品截面設計，并與液態(tài)模鍛模具型腔截面匹配，并保證足夠的變形程度及兩者匹配。徑軸復合軋環(huán)機的徑向進給量選擇鍛透所要求的最小進給量和咬入孔型所允許的最大進給量之間的較小值。進一歩，液態(tài)模鍛模具的型腔形狀與環(huán)件的形狀相似，在液態(tài)模鍛模具的設計時，選取內(nèi)/外截面上形狀簡單的一側作為定位基準面，井根據(jù)余熱等溫軋制時軋輥與近終截面環(huán)坯接觸的形狀設置液態(tài)模鍛模具的型腔，有效避免毛坯截面形狀復雜導致軋制初期環(huán)坯與軋輥之間的點/線接觸，導致打滑或咬合不良的問題。液態(tài)模鍛模具型腔的閉合尺寸與環(huán)件最終截面尺寸相比液態(tài)模鍛模具的徑向尺寸大于環(huán)件的徑向尺寸，液態(tài)模鍛模具的軸向尺寸小于環(huán)件的徑向尺寸。進ー步，余熱等溫軋制的輾擴比> I. 4，本實施例的輾擴比=3，以保證最終環(huán)件具有明顯的周向纖維?？刂栖堉坪蟮慕K截面環(huán)坯的內(nèi)孔偏心度<3°本實施例的近終截面環(huán)坯內(nèi)孔偏心度為2°，保證最終環(huán)坯幾何精度和重量精度，液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的芯孔直徑彡330mm。第三實施例
本實施例的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，包括如下步驟
1)熔煉采用真空感應+電渣重熔+真空自耗重熔的三聯(lián)冶煉エ藝，具體的，真空自耗重熔過程采用水與氦氣雙重冷卻，可有效減輕Nb金屬的偏析；
2)液態(tài)模鍛將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，將第I)步驟中得到的合金溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為1380で，加壓速度為38mm/s，充型時間6 s,比壓370MPa，并在該壓カ下保壓50s，得到近終截面環(huán)坯，比壓是指液態(tài)金屬在壓カ下冷卻承受的單位壓カ；
3)均勻化當近終截面環(huán)坯冷卻至1155°C時，保溫25h，再升溫至1185°C，保溫120h；特別的，第一階段均勻化過程中需嚴格控制保溫溫度，并不得高于1160で，否則會造成Laves相的初熔,無法消除偏析；
4)余熱等溫軋制采用余熱等溫軋制均勻化后的近終截面環(huán)坯降溫至1070で時，在徑軸復合軋環(huán)機上進行等溫軋制，并控制軋制模具與坯料溫差為0°C，余熱等溫軋制依次包括快速輾擴階段、穩(wěn)定輾擴階段、減速輾擴階段和成圓整形階段，且快速輾擴階段和穩(wěn)定輾擴階段時的軸向進給速度與徑向進給速度滿足V$_=0. 55Ve@，減速輾擴階段和成圓整形階段時，徑軸復合軋環(huán)機的錐輥不進給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當環(huán)坯的外徑與成品環(huán)外徑相差等于20_時,軸向軋棍抬起；優(yōu)選的，余熱等溫軋制過程中，徑軸復合軋環(huán)機的主棍轉(zhuǎn)速為O. 7rad/s,芯棍進給速度為lmm/s ；
5)熱處理；采用直接時效熱處理經(jīng)第4)步驟得到的環(huán)坯在720°C下保溫8h ;隨后以50 V /h隨爐冷至620°C后，保溫8 h，空冷；
6)精整，本實施例的精整采用冷精整エ藝。采用液態(tài)模鍛制成近終截面環(huán)坯，使GH4169高溫合金在壓カ下結晶、成形并產(chǎn)生少量塑性變形，獲得內(nèi)部組織致密，晶粒細小，表面光潔的優(yōu)質(zhì)液態(tài)模鍛件。液態(tài)模鍛具有以下エ藝特點
1)液態(tài)模鍛可以消除鑄件內(nèi)部的氣孔、縮孔和疏松等缺陷，產(chǎn)生局部的塑性變形，使鑄件組織致密；
2)液態(tài)金屬在壓カ下成形和凝固，使鑄件與型腔壁貼合緊密，因而液態(tài)模鍛件有較高的表面光潔度和尺寸精度，其級別能達到壓鑄件的水平；
3)液態(tài)模鍛件在凝固過程中，各部位處于壓應カ狀態(tài)，有利于鑄件的補縮和防止鋳造裂紋的產(chǎn)生；
4)液態(tài)模鍛エ藝非常適合制備截面復雜的環(huán)坯，可有效降低成本，提高環(huán)件的材料利用率。液態(tài)模鍛技術還具有エ藝簡單、鑄件機械性能好、生產(chǎn)效率高、成本相對較低等優(yōu)點。進ー步，所述第2)步驟中，液態(tài)模鍛模具采用高溫合金制備，將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，預熱至120°C時，在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度10-20 ym，繼續(xù)預熱液態(tài)模鍛模具至330°C。通過在液態(tài)模鍛模具上噴涂耐火涂層，可方便方便液態(tài)模鍛模具脫模。進ー步，所述第4)步驟中，徑軸復合軋環(huán)機的軋輥異形孔型依據(jù)環(huán)件產(chǎn)品截面設計，并與液態(tài)模鍛模具型腔截面匹配，并保證足夠的變形程度及兩者匹配。徑軸復合軋環(huán)機的徑向進給量選擇鍛透所要求的最小進給量和咬入孔型所允許的最大進給量之間的較小值。進一歩，液態(tài)模鍛模具的型腔形狀與環(huán)件的形狀相似，在液態(tài)模鍛模具的設計時，選取內(nèi)/外截面上形狀簡單的一側作為定位基準面，井根據(jù)余熱等溫軋制時軋輥與近終截面環(huán)坯接觸的形狀設置液態(tài)模鍛模具的型腔，有效避免毛坯截面形狀復雜導致軋制初期環(huán)坯與軋輥之間的點/線接觸，導致打滑或咬合不良的問題。液態(tài)模鍛模具型腔的閉合尺寸與環(huán)件最終截面尺寸相比液態(tài)模鍛模具的徑向尺寸大于環(huán)件的徑向尺寸，液態(tài)模鍛模具的軸向尺寸小于環(huán)件的徑向尺寸。進ー步，余熱等溫軋制的輾擴比> I. 4，本實施例的輾擴比=2，以保證最終環(huán)件具有明顯的周向纖維。控制軋制后的近終截面環(huán)坯的內(nèi)孔偏心度<3°，本實施例的近終截面環(huán)坯內(nèi)孔偏心度為3°，保證最終環(huán)坯幾何精度和重量精度，液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的芯孔直徑彡330mm。第四實施例
本實施例的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，包括如下步驟
1)熔煉采用真空感應+電渣重熔+真空自耗重熔的三聯(lián)冶煉エ藝，具體的，真空自耗重熔過程采用水與氦氣雙重冷卻，可有效減輕Nb金屬的偏析；
2)液態(tài)模鍛將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，將第I)步驟中得到的合金溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為1370で，加壓速度為39mm/s，充型時間3 s,比壓380MPa，并在該壓カ下保壓70s，得到近終截面環(huán)坯，比壓是指液態(tài)金屬在壓カ下冷卻承受的單位壓カ；
3)均勻化當近終截面環(huán)坯冷卻至1155°C時，保溫20h，再升溫至1180°C，保溫120h；特別的，第一階段均勻化過程中需嚴格控制保溫溫度，并不得高于1160で，否則會造成Laves相的初熔,無法消除偏析；
4)余熱等溫軋制采用余熱等溫軋制均勻化后的近終截面環(huán)坯降溫至1050で時，在徑軸復合軋環(huán)機上進行等溫軋制，并控制軋制模具與坯料溫差為5°C，余熱等溫軋制依次包括快速輾擴階段、穩(wěn)定輾擴階段、減速輾擴階段和成圓整形階段，且快速輾擴階段和穩(wěn)定輾擴階段時的軸向進給速度與徑向進給速度滿足V$_=0. 5Ve@，減速輾擴階段和成圓整形階段時，徑軸復合軋環(huán)機的錐輥不進給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當環(huán)坯的外徑與成品環(huán)外徑相差等于40_時,軸向軋棍抬起；優(yōu)選的，余熱等溫軋制過程中，徑軸復合軋環(huán)機的主棍轉(zhuǎn)速為O. 6rad/s,芯棍進給速度為10mm/s ；
5)熱處理；采用直接時效熱處理經(jīng)第4)步驟得到的環(huán)坯在720°C下保溫8h ;隨后以50 V /h隨爐冷至625°C后，保溫8 h，空冷；
6)精整，本實施例的精整采用冷精整エ藝。采用液態(tài)模鍛制成近終截面環(huán)坯，使GH4169高溫合金在壓カ下結晶、成形并產(chǎn)生少量塑性變形，獲得內(nèi)部組織致密，晶粒細小，表面光潔的優(yōu)質(zhì)液態(tài)模鍛件。液態(tài)模鍛具有以下エ藝特點
1)液態(tài)模鍛可以消除鑄件內(nèi)部的氣孔、縮孔和疏松等缺陷，產(chǎn)生局部的塑性變形，使鑄件組織致密；
2)液態(tài)金屬在壓カ下成形和凝固，使鑄件與型腔壁貼合緊密，因而液態(tài)模鍛件有較高的表面光潔度和尺寸精度，其級別能達到壓鑄件的水平；
3)液態(tài)模鍛件在凝固過程中，各部位處于壓應カ狀態(tài)，有利于鑄件的補縮和防止鋳造裂紋的產(chǎn)生；
4)液態(tài)模鍛エ藝非常適合制備截面復雜的環(huán)坯，可有效降低成本，提高環(huán)件的材料利用率。液態(tài)模鍛技術還具有エ藝簡單、鑄件機械性能好、生產(chǎn)效率高、成本相對較低等優(yōu)點。進ー步，所述第2)步驟中，液態(tài)模鍛模具采用高溫合金制備，將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，預熱至130°C時，在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度10-20 ym，繼續(xù)預熱液態(tài)模鍛模具至350°C。通過在液態(tài)模鍛模具上噴涂耐火涂層，可方便方便液態(tài)模鍛模具脫模。進ー步，所述第4)步驟中，徑軸復合軋環(huán)機的軋輥異形孔型依據(jù)環(huán)件產(chǎn)品截面設計，并與液態(tài)模鍛模具型腔截面匹配，并保證足夠的變形程度及兩者匹配。徑軸復合軋環(huán)機的徑向進給量選擇鍛透所要求的最小進給量和咬入孔型所允許的最大進給量之間的較小值。進ー步，液態(tài)模鍛模具的型腔形狀與環(huán)件的形狀相似，在液態(tài)模鍛模具的設計時，選取內(nèi)/外截面上形狀簡單的一側作為定位基準面，井根據(jù)余熱等溫軋制時軋輥與近終截面環(huán)坯接觸的形狀設置液態(tài)模鍛模具的型腔，有效避免毛坯截面形狀復雜導致軋制初期環(huán)坯與軋輥之間的點/線接觸，導致打滑或咬合不良的問題。液態(tài)模鍛模具型腔的閉合尺寸與環(huán)件最終截面尺寸相比液態(tài)模鍛模具的徑向尺寸大于環(huán)件的徑向尺寸，液態(tài)模鍛模具的軸向尺寸小于環(huán)件的徑向尺寸。進ー步，余熱等溫軋制的輾擴比≥I. 4，本實施例的輾擴比=1. 5，以保證最終環(huán)件具有明顯的周向纖維。控制軋制后的近終截面環(huán)坯的內(nèi)孔偏心度<3°，本實施例的近終截面環(huán)坯內(nèi)孔偏心度為3°，保證最終環(huán)坯幾何精度和重量精度，液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的芯孔直徑≥330mm。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技 術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗g和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.ー種GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，其特征在于包括如下步驟 1)熔煉采用真空感應+電渣重熔+真空自耗重熔的三聯(lián)冶煉エ藝； 2)液態(tài)模鍛將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，將第I)步驟中得到的合金溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為1350-1400で，加壓速度為35-40 mm/s，充型時間1-6 S，比壓350-400 MPa，并在該壓カ下保壓35-90 S，得到近終截面環(huán)坯； 3)均勻化當近終截面環(huán)坯冷卻至1150-1160で時，保溫20-30h后，再升溫至1180-1190 で，保溫 110-130 h ； 4)余熱等溫軋制均勻化后的近終截面環(huán)坯降溫至1020-1120°C時，在徑軸復合軋環(huán)機上進行余熱等溫軋制； 5)熱處理；采用直接時效熱處理經(jīng)第4)步驟得到的環(huán)坯在715-725で下保溫8h；隨后以50 V /h隨爐冷至615-625で后，保溫8 h，空冷； 6)精整。
2.根據(jù)權利要求I所述的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，其特征在于所述第I)步驟中，真空自耗重熔過程采用水與氦氣雙重冷卻。
3.根據(jù)權利要求I所述的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，其特征在于所述第2)步驟中，液態(tài)模鍛模具采用高溫合金制備，將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，預熱至100-150で時，在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)均勻噴上一層釔氧化物基耐火涂層，涂層厚度10-20 μ m,繼續(xù)預熱液態(tài)模鍛模具至300-350 V。
4.根據(jù)權利要求I所述的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，其特征在于所述第4)步驟中，所述余熱等溫軋制依次包括快速輾擴階段、穩(wěn)定輾擴階段、減速輾擴階段和成圓整形階段，所述快速輾擴階段和穩(wěn)定輾擴階段時的軸向進給速度V 與徑向進給速度滿足V$_=0. 5-0. 6Ve@，所述減速輾擴階段和成圓整形階段時，徑軸復合軋環(huán)機的錐輥不進給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當環(huán)坯的外徑與成品環(huán)相差30-50 mm時,軸向軋棍抬起。
5.根據(jù)權利要求4所述的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，其特征在于軋制模具與坯料溫差為±10°c。
6.根據(jù)權利要求4所述的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，其特征在干徑軸復合軋環(huán)機的徑向進給量選擇鍛透所要求的最小進給量和咬入孔型所允許的最大進給量之間的較小值。
7.根據(jù)權利要求I所述的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，其特征在于所述第6)步驟中，精整為冷精整。
8.根據(jù)權利要求I所述的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，其特征在于余熱等溫軋制過程中，徑軸復合軋環(huán)機的主輥轉(zhuǎn)速為O. 5-0. 8 rad/s，芯輥進給速度為1_30 mm/s。
9.根據(jù)權利要求1-8任一項所述的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，其特征在于所述液態(tài)模鍛模具的型腔形狀與環(huán)件的形狀相似，在液態(tài)模鍛模具的設計時，選取內(nèi)/外截面上形狀簡單的一側作為定位基準面，井根據(jù)余熱等溫軋制時軋輥與近終截面環(huán)坯接觸的形狀設置液態(tài)模鍛模具的型腔，且液態(tài)模鍛模具型腔的閉合尺寸與環(huán)件最終截面尺寸相比液態(tài)模鍛模具的徑向尺寸大于環(huán)件的徑向尺寸，液態(tài)模鍛模具的軸向尺寸小于環(huán)件的徑向尺寸。
10.根據(jù)權利要求I所述的GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，其特征在于所述余熱等溫軋制的輾擴比> I. 4，控制軋制后的近終截面環(huán)坯的內(nèi)孔偏心度< 3°，液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的芯孔直徑彡330_。
全文摘要
一種GH4169高溫合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復合成形方法，包括如下步驟1)熔煉；2)液態(tài)模鍛將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機上后，合金溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度1350-1400℃，加壓速度35-40mm/s，充型時間1-6s，比壓350-400MPa，并在該壓力下保壓35-90s，得到近終截面環(huán)坯；3)均勻化近終截面環(huán)坯冷卻至1150-1160℃時，保溫20-30h，再升溫至1180-1190℃，保溫110-130h；4)余熱等溫軋制均勻化后的近終截面環(huán)坯降溫至1020-1120℃時，在徑軸復合軋環(huán)機上進行余熱等溫軋制；5)熱處理環(huán)坯在715-725℃下保溫8h；隨后以50℃/h隨爐冷至615-625℃后，保溫8h，空冷；6)精整。
文檔編號B22D18/02GK102689156SQ20121020049
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權日2012年6月18日
發(fā)明者李路, 王放 申請人:西南大學