專利名稱：一種大規格高溫合金圓餅的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種冶金行業高溫合金圓餅的制備方法，尤其涉及一種難 變形高溫合金圓餅的制備方法。
背景技術：
高溫合金是現代航空、航天發動機所必需的重要金屬材料。它能在高溫環境(一般指60(TC 90(TC)、氧化氣氛和燃氣腐蝕條件下，承受較大 應力并長期使用。高溫合金根據其合金元素的含量可以初步確定該合金的 變形抗力和鍛造加工塑性。通常合金化程度低的高溫合金其加工變形抗力低，有良好的鍛造加工 塑性，也比較容易變形加工；而合金化程度高的高溫合金變形抗力大，熱 加工塑性差，不易鍛造加工，這些高合金化不易鍛造的合金通常被稱為難 變形高溫合金。GH105合金就屬于難變形高溫合金。GH105合金是一種高 溫合金的名稱代號，該合金主要用于制造先進航空發動機的葉片、密封件、 緊固件等關鍵部件，是國內新型先進航空發動機的重要用材。我國生產的新一代航空發動機中的部分零部件就是利用GH105高溫 合金圓餅制造出來的。GH105合金是鎳基高溫合金，通常鎳基變形高溫合金A1 、 Ti兩元素 的含量之和在5.0。/。以上和y'強化相(一種金屬間化合物)析出量在30% 以上就屬于難變形高溫合金。而GH105合金中A1、 Ti兩元素的含量之和 在5.68 6.4%之間，熱處理時效后在奧氏體基體上析出的V強化相的析 出量可達到合金體積的45%以上，同時還含有Cr、 Co、 Mo等固溶強化元 素。因此GH105合金熱加工變形抗力非常強，并且熱加工塑性非常差。GH105合金的使用溫度可達90(TC左右，它具有良好的高溫強度、抗 疲勞蠕變和抗高溫氧化腐蝕等綜合性能。但由于該合金的合金化程度高， 變形抗力大，熱加工塑性差，可熱加工變形的溫度范圍在1050°C 1140 。C之間，范圍較窄，溫度一旦超出該區間，鍛造鋼錠便會嚴重開裂。用常 規鍛造方法來生產該高溫合金很難保證質量。 目前國內高溫合金圓餅的制備工藝是(1) 采用真空感應爐+真空自耗爐重熔的冶煉工藝，冶煉出直徑》0360mm的自耗錠；(2) 采用快鍛機等鍛壓設備，將該大錠型的自耗錠加熱拔長為較細 的合金圓棒，拔長比大于3;(3) 將合金圓棒表面進行機加工剝皮，使其表面無缺陷；(4) 圓棒定尺下料，即根據圓餅的尺寸，將合金圓棒截成尺寸合適 的小圓棒，合金圓棒的高徑比在2.0 2.5之間；(5) 坯料加熱，將定尺截下的小圓棒坯料在一定的加熱工藝下加熱；(6) 鐓餅將按照上述加熱工藝加熱之后的坯料轉移到壓機上，然后鐓壓到所需的規格。(7) 后續處理。對鐓好的毛坯圓餅進行機加工、熱處理以及性能測試等。上述常規工藝能夠制造大規格的非難變形高溫合金圓餅，而不能制造難變形高溫合金的大規格圓餅，原因如下用上述工藝方法無法冶煉直徑為360mm的GH105合金自耗錠； 即使能夠成功的冶煉出直徑為360mm以上的自耗錠，則該尺寸的自耗 錠的拔長工序也難以完成，因為GH105合金的合金化成度高，非常難變 形，需要多火次、多工序，同時在拔長時很容易開裂；合金熱加工變形溫度范圍較窄，在105(TC 114(TC之間，在轉移、鐓 餅過程中溫降太快，容易產生開裂，導致報廢；在鐓餅過程中不能保證總段比大于6，同時也不能改善合金錠的偏析程 度，也不能改善合金的熱加工塑性。發明內容本發明的目的在于提供一種適于生產難變形高溫合金圓餅的制備方 法，通過對現有制造工藝的改進，生產出難變形大規格的高溫合金圓餅。為達上述目的，本發明的制備方法具體步驟如下(l)用真空感應爐冶煉電極棒，在合金冶煉時加入一定量的微量元素 Mg;(2) 電極棒表面磨光，將電極棒頭部的冒口去除；(3) 將磨光、去除冒口后的電極棒利用真空自耗爐重熔出自耗錠；(4) 自耗錠冷卻脫錠后，進行均勻化擴散退火處理；(5) 自耗錠表面車光；(6) 將自耗錠尾部切去約20mm 30mm，從自鋼錠尾部處定尺下料，下 料后坯料的高徑比為2.5 2.7;(7) 對坯料進行包套，對包套好的坯料加熱；(8) 鐓餅；(9) 冷卻；(10) 機加工。其中，在合金冶煉時加入的微量元素Mg占合金總重量的的重量百分 比為0.004%，加入Mg可以改善合金的熱加工塑性，提高合金的高溫晶 界強度和綜合力學性能。將磨光、去除冒口的電極棒利用真空自耗爐重熔出自耗錠，每爐自耗 錠重量大于170Kg;這種小錠型冷卻速度快，結晶狀態好，減少了熱應力 和組織轉變應力，可有效防止大鋼錠冶煉開裂的問題。自耗錠冷卻脫錠后，對其進行均勻化擴散退火處理，使合金減少偏析， 提高其熱加工塑性。在加熱爐內的溫度《70(TC時將自耗錠放入爐中，然 后開始升溫，從70(TC上升到1160士10。C至少需要6個小時；爐溫達到1160 士1(TC時，保持溫度不變，至少加熱8小時；接下來再開始升溫，從1160 土1(TC上升到ll卯士l(TC至少需要1個小時，當溫度達到1190士1(TC時， 再保持溫度不變，加熱至少15個小時。整個加熱過程要嚴格按照加熱工 藝進行，升溫時要以勻速升溫，爐溫偏差最多不超過2(TC。自耗錠尾部切除20 30mm，如果切除的少，有可能使自耗錠尾部的缺 陷部分沒有去除干凈，最終使成品圓餅的性能不合格；而切除的太多，則 沒有必要，造成浪費。本發明將坯料的高徑比為2.5 2.7，彌補了拔長比為零的不足，盡可 能使鍛比達到6左右，不影響合金的組織性能。對坯料進行包套將普碳鋼鋼管套在坯料上，然后再將同鋼種、同厚度的普碳鋼圓形鋼板焊接在鋼管的兩端面封蓋，焊接處密實牢固，同時在封蓋鋼板上留有直徑為cb20mm左右的圓孔，以防止在鍛壓時氣體膨脹導 致鋼套爆裂。對包套好的坯料進行加熱，在爐溫小于等于70(TC時將坯料放入爐中， 然后開始升溫，從70(TC上升到900士20。C至少需要3個小時；爐溫達到 900士2(TC時，保持溫度不變，至少加熱1小時；接下來再開始升溫，從 900士2(TC上升到1140士10。C至少需要4個小時，當溫度達到1140±10°C 時，再保持溫度不變，加熱至少3個小時。整個加熱過程要嚴格按照加熱 工藝進行，升溫時要以勻速升溫，爐溫偏差最多不超過2(TC。墩餅時將坯料迅速從爐體內轉移到鍛壓機上，調整好位置之后下壓， 鐓至原高度1/2時，再將坯料翻轉180°鍛至毛坯圓餅高度，整個鐓餅過 程一火完成。為了便于后續加工，在鐓餅過程中盡可能使毛坯圓餅的外圓 呈鼓形，兩端面盡可能平整，因為如果毛坯圓餅的外形圓呈鼓形，機加工 時車削量比較小，成材率高，節約成本。此外，終鍛溫度必須^105(TC,如果小于105(TC，在鍛打時會使坯料 產生嚴重的開裂現象，造成坯料報廢。冷卻采用的是鍛后空冷，鍛后空冷是指在坯料被鐓成所需尺寸的圓餅 之后，將圓餅直接轉移到空地放置，暴露在空氣中自然冷卻。鐓好的毛坯圓餅件表面狀態較差，同時為了去除表面的鋼套，須對圓 餅毛坯件進行機加工處理，對外圓以及端面進行車光，車光后表面平整、 無打磨。本發明的制備方法不改變現有裝備，對現有的常規工藝方法進行了工 藝改進對電極棒表面的處理；鋼錠不經過拔長變形而是直接定尺下料; 提高了坯料高徑比；增加了坯料包套技術，生產出的大規格難變形合金圓 餅產品合格率高。 說明書附1為本發明中自耗錠均勻化擴散退火處理工藝圖。 圖2為本發明中坯料加熱工藝圖。
具體實施例方式
下面通過具體實施例來說明本發明的制備方法。 實施例1l.利用真空感應爐冶煉出4> 125 X 1820mm的電極棒，同時在合金冶煉 時加入占合金總重量的0.004%的微量元素Mg。2. 將電極棒表面利用剝皮機等設備磨光，且將電極棒頭部的冒口切除 干凈；3. 將磨光、去冒口的電極棒利用我廠的42# 2.5噸真空自耗爐重熔出O 170mm的自耗錠;4. 對自耗錠進行均勻化擴散退火處理，處理工藝見圖l所示；5. 利用車床將O170mm自耗錠車光到O 155mm，以去除黑皮和表面裂 紋等缺陷；6. 定尺下料將車光后的自耗錠尾部切去20 30mm長，然后自尾部 定尺下料，下料的規格為0 155x410mm，坯料的高徑比為2.65。7. 對坯料進行包套將內徑為(J)160mm、壁厚8mm、長約420mm的 普炭鋼管套在坯料上，然后再將同鋼種、同厚度、直徑4)176mm的鋼板焊 接在鋼管的兩端面封蓋，同時封蓋鋼板上留直徑為20mm的孔；對包套好 的坯料進行加熱，加熱工藝見圖2所示。對包套好的坯料進行加熱，在爐 溫小于等于70(TC時將坯料放入爐中，然后開始升溫，從70(TC上升到卯0 士2(TC至少需要3個小時；爐溫達到900土2(TC時，保持溫度不變，至少 加熱l小時；接下來再開始升溫，從900士2(TC上升到1140士1(TC至少需 要4個小時，當溫度達到1140士1(TC時，再保持溫度不變，加熱至少3個 小時。整個加熱過程要嚴格按照加熱工藝進行，升溫時要以勻速升溫，爐 溫偏差最多不超過2(TC。8. 墩餅坯料按照圖2的工藝加熱之后，迅速從爐體內轉移到鍛壓機 上， 一火(合金從坯料到成品的這個工程中，坯料只加熱了一次叫一火， 加熱了兩次叫兩火)將坯料鐓壓到高80mm，，在鐓餅過程中盡可能使坯 料的外圓呈鼓形，兩端面盡可能平整，終鍛溫度》105(TC;9.冷卻鍛后空冷，并且作好標記；IO.機加工鐓好的圓餅毛坯件表面狀態較差，同時為了去除表面的鋼套，須對毛坯圓餅進行機加工處理，對外圓以及端面都要車光，車光后的
成品尺寸為0345x50mm。 實施例21. 利用真空感應爐冶煉出4) 125X 1820mm的電極棒，同時在合金冶煉 時加入占合金總重量的0.004%的微量元素Mg。2. 將電極棒表面利用剝皮機等設備磨光，且將電極棒頭部的冒口切除 干凈；3. 將磨光、去冒口的電極棒利用我廠的42# 2.5噸真空自耗爐重熔出cD 170mm的自耗錠；4. 對自耗錠進行均勻化擴散退火處理，處理工藝見圖l所示；5. 利用車床將0 170mm自耗錠車光到O 155mm,以去除黑皮和表面裂 紋等缺陷；6. 定尺下料將車光后的自耗錠尾部切去20 30mm長，然后自尾部 定尺下料，下料的規格為0 155x388mm，坯料的高徑比為2.5。7. 對坯料進行包套將內徑為巾160mm、壁厚8mm、長約400mm的 普炭鋼管套在坯料上，然后再將同鋼種、同厚度、直徑4)176mm的鋼板焊 接在鋼管的兩端面封蓋，同時封蓋鋼板上留直徑為20mm的圓孔；對包套 好的坯料進行加熱，加熱工藝見圖2所示。在爐溫小于等于70(TC時將坯 料放入爐中，然后開始升溫，從70(TC上升到900士20。C至少需要3個小 時；爐溫達到900土2(TC時，保持溫度不變，至少加熱1小時；接下來再 開始升溫，從900士2(TC上升到1140士1(TC至少需要4個小時，當溫度達 到1140土1(TC時，再保持溫度不變，加熱至少3個小時。整個加熱過程要 嚴格按照加熱工藝進行，升溫時要以勻速升溫，爐溫偏差最多不超過20 。C。8. 墩餅坯料按照圖2的工藝加熱之后，迅速從爐體內轉移到鍛壓機上， 一火(合金從坯料到成品的這個工程中，坯料只加熱了一次叫一火，加熱了兩次叫兩火)將坯料鐓壓到高75mm在鐓餅過程中盡可能使坯料的 外圓呈鼓形，兩端面盡可能平整，終鍛溫度^105(TC;9.冷卻鍛后空冷，并且作好標記； IO.機加工鐓好的圓餅毛坯件表面狀態較差，同時為了去除表面的鋼套，須對圓餅毛坯件進行機加工處理，對外圓以及端面都要車光，車光后
的成品尺寸為^345x50mm。 實施例31. 利用真空感應爐冶煉出4) 125X 1820mm的電極棒，同時在合金冶煉 時加入占合金總重量的0.004%的微量元素Mg。2. 將電極棒表面利用剝皮機等設備磨光，且將電極棒頭部的冒口切除 干凈；3. 將磨光、去冒口的電極棒利用我廠的42#2.5噸真空自耗爐重熔出O 170mm的自耗錠；4. 對自耗錠進行均勻化擴散退火處理，處理工藝見圖l所示；5. 利用車床將O170mm自耗錠車光到O 155mm，以去除黑皮和表面裂 紋等缺陷；6. 定尺下料將車光后的自耗錠尾部切去20 30mm長，然后自尾部 定尺下料，下料的規格為0 155x420mm，坯料的高徑比為2.7。7. 對坯料進行包套將內徑為cj) 160mm、壁厚8mm、長約430mm的 普炭鋼管套在坯料上，然后再將同鋼種、同厚度、直徑4)176mm的鋼板焊 接在鋼管的兩端面封蓋，同時封蓋鋼板上留直徑為20mm的孔；對包套好 的坯料進行加熱，加熱工藝見圖2所示。在爐溫小于等于70(TC時將坯料 放入爐中，然后開始升溫，從700。C上升到900士2(TC至少需要3個小時； 爐溫達到900士2(TC時，保持溫度不變，至少加熱1小時；接下來再開始 升溫，從900士2(TC上升到1140土10。C至少需要4個小時，當溫度達到1140 土1(TC時，再保持溫度不變，加熱至少3個小時。整個加熱過程要嚴格按 照加熱工藝進行，升溫時要以勻速升溫，爐溫偏差最多不超過20。C。8. 鐓餅坯料按照圖2的工藝加熱之后，迅速從爐體內轉移到鍛壓機 上， 一火(合金從坯料到成品的這個工程中，坯料只加熱了一次叫一火， 加熱了兩次叫兩火)將坯料鐓壓到高82mm，在鐓餅過程中盡可能使坯料 的外圓呈鼓形，兩端面盡可能平整，終鍛溫度》105(TC;9.冷卻鍛后空冷，并且作好標記； IO.機加工鐓好的圓餅毛坯件表面狀態較差，同時為了去除表面的鋼 套，須對圓餅毛坯件進行機加工處理，對外圓以及端面都要車光，車光后 的成品尺寸為0345x50mm。
權利要求
1.一種大規格高溫合金圓餅的制備方法，包括下列步驟(1)用真空感應爐冶煉電極棒，在合金冶煉時加入微量元素Mg；(2)電極棒表面磨光，將電極棒頭部的冒口去除；(3)將磨光、去除冒口后的電極棒利用真空自耗爐重熔出自耗錠；(4)自耗錠冷卻脫錠后，進行均勻化擴散退火處理；(5)自耗錠表面車光；(6)將自耗錠尾部切去約20mm～30mm；從自鋼錠尾部處定尺下料，下料后坯料的高徑比為2.5～2.7；(7)對坯料進行包套，對包套好的坯料加熱；(8)墩餅；(9)冷卻；(10)機加工。
2. 如權利要求1所述的大規格高溫合金圓餅的制備方法，其特征在于 在合金冶煉時加入的微量元素Mg占合金總重量的重量百分比為 0.004%。
3. 如權利要求1所述的大規格高溫合金圓餅的制備方法，其特征在于 步驟(8)中的墩餅具體過程為將坯料從爐體內轉移到鍛壓機上， 調整好位置之后下壓，鐓至原高度1/2時，再將坯料翻轉180°鍛至毛坯圓餅高度。
4. 如權利要求1所述的大規格高溫合金圓餅的制備方法，其特征在于 步驟(9)中的冷卻為鍛后空冷，即在坯料被鐓成所需尺寸的圓餅之 后，將圓餅直接轉移到空地放置，暴露在空氣中自然冷卻。
5. 如權利要求1所述的大規格高溫合金圓餅的制備方法，其特征在于 步驟(10)中的機加工是指對外圓以及端面進行車光。
6. 如權利要求1所述的大規格高溫合金圓餅的制備方法，其特征在于 步驟(7)中的包套為將鋼管套在坯料上，然后再將圓形鋼板焊接在 所述鋼管的兩端面，完成封蓋。
全文摘要
一種大規格高溫合金圓餅的制備方法，包括下列步驟用真空感應爐冶煉電極棒，在合金冶煉時加入微量元素Mg；將電極棒表面磨光并且將電極棒頭部的冒口切除干凈；利用真空自耗爐重熔出自耗錠；冷卻脫錠后，對其進行均勻化擴散退火處理；車床將自耗錠表面車光；將自耗錠尾部切去約20～30mm，從自鋼錠尾部處定尺下料，下料后坯料的高徑比為2.5～2.7；對坯料進行包套；坯料加熱；鐓餅；冷卻；機加工。本發明能有效地解決利用現有工藝制造該合金大規格圓餅時遇到的自耗錠難以拔長；合金熱加工變形溫度范圍窄，難以變形的問題，改善了合金的熱加工塑性，提高了合金的綜合性能。
文檔編號C22C19/03GK101153360SQ200610116738
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月29日 優先權日2006年9月29日
發明者浦惠康, 王文革, 王林濤, 田沛玉, 偉 謝 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司