CN104707929B - 一种高温合金盘件的模锻方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高温合金模锻技术领域，尤其涉及一种高温合金盘件的模锻方法。本发明提出一种预成型模锻+扩孔+模锻的锻造方法，包括确定终锻所需荒形的规格和尺寸，终锻模具和预成型模锻模具的制备，预成型模锻，扩孔至终锻所需的荒形，终锻的过程；按照锻件形状确定环坯作为荒形；采用预成型模具完成钛合金棒材首火锻造，该火次合并了传统的镦饼、冲孔、马扩过程；去除与成型模锻后预成型锻件芯料；将预成型锻件直接扩孔，扩至终锻所需的荒形尺寸；终锻一火至成型。本发明避免高温合金涡轮盘锻件，较多火次、较小变形量制坯过程导致的最终锻件组织不均匀、残余应力不均。
Description
技术领域
本发明涉及高温合金模锻件内孔大于Φ400mm，高度约在70至130mm，重量约在150至250Kg之间的锻造技术领域。
背景技术
内孔大于Φ400mm，高度约在70至130mm，重量约在150至250Kg之间的高温合金盘锻件，通常的锻造方法是经过棒材加热镦饼、加热冲孔、机加、加热扩孔后，再最后进行模锻成型；但上述方法存在以下问题：首先：模锻前锻造火次较多，较多较小变形量的制坯过程导致坯料组织均匀性不佳，最终导致模锻后锻件组织不均匀、残余应力分布不均，力学性能降低，疲劳寿命缩短；其二：对设备的能力要求高，冲孔小量机加后扩孔，极易损坏芯辊(通常为保障扩孔能力，碾压机扩孔前进行马杠扩孔以保证芯辊扩孔能力)：其三：下料重量较大，成本增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：避免高温合金涡轮盘锻件，较多火次、较小变形量制坯过程导致的最终锻件组织不均匀、残余应力不均。
本发明的技术方案是：提出一种预成型模锻+扩孔+模锻的锻造方法，具体内容如下：
一种高温合金涡轮盘的锻造方法，包括确定终锻所需坯形的规格和尺寸，终锻模具和预成型模锻模具的制备，预成型模锻，扩孔至终锻所需的坯形，终锻的过程；
步骤1：根据高温合金涡轮盘锻件的结构特点确定环坯为终锻所需的坯形，该坯形的内径尺寸为Φ450至Φ500mm，外径尺寸为Φ600至Φ700mm，高度约在100至200mm，在坯形内外侧机加45度至80度的倒角；
步骤2：制备终锻模具，终锻模具的型腔与锻件外形相应，由上下对称的上模和下模组成，组合后的终锻模具的型腔剖面呈“H”状，分模面位于终锻模具的型腔剖面的中部；
步骤3：制备预成型模锻模具，预成型模具由上下对称的上模和下模组成，组合后的预成型模具的型腔剖面呈“H”状，分模面位于预成型模具的型腔剖面的中部。预成型模具的下模设有一个Φ150～220mm的定位台，将与其对应预成型模具的上模部位机加出斜面，角度为15度至30度，预成型模具的下模定位台的中心距离预成型模具上模中心的高度约20mm至40mm；预成型模具其他型腔体积与锻件体积相当，该型腔高度为锻件高度的4/5～2/3；
步骤4：将制备的预成型模具进行预热，在高温合金棒材一端加工出Φ150mm至Φ220mm、深度为2mm至5mm的凹坑；将高温合金棒材加热至980度至1140度；待高温合金棒材加热和预成型模具预热结束后，将高温合金棒材有凹坑的一端放入预成型模具的下模定位台，进行一火预成型模锻，锻至高温合金棒材全部充满预成型模具的型腔后，取出预成型锻件；去除与预成型模具下模定位台对应的预成型锻件的部位；重新加热至980度至1140度后，在扩孔机上对预成型锻件进行直接扩孔，扩至步骤1所述坯形的尺寸与规格；对该坯形进行倒角处理；重新加热坯形至980度至1140度；将制备的终锻模具进行预热；将加热后的坯形放入预热后的终锻模具内，进行锻造，一火锻至高温合金涡轮盘锻件的尺寸和规格。
所述的预成型模具和终锻模具均可采用模具钢，优先选用Cr-Ni-Mo系模具钢，优选5CrNiMo模具钢。
所述的预成型模具和终锻模具的预热温度为200℃至400度，持续时间为12小时以上。步骤4所述的高温合金材料的加热时间根据材料的加热系数和规格确定。
本发明的有益效果是：通过制作预锻模，使得预制坯锻件投影面积有效降低，在锻造设备锻压过程中，有效满足高温合金锻造温度范围窄的要求，并且降低了大型高温合金涡轮盘对锻压设备吨位的要求；预制过程中坯料组织经过反挤压变形，得到进一步细化；预制后坯料去除的芯料重量与冲孔芯料重量相当或更小；由于预制过程中坯料放于定位台小平面上，接触面小，锻压成型相对较慢，有效避免了坯料锻造过程中产生的热效应；预制坯切除芯料加热后，可实现可实现轻松扩孔并达到设定变形量，有效缓解扩孔机制坯压力；扩孔后机加环坯至符合坯形定位，内侧环坯可机加30度至50度斜面，避免涡轮盘锻件内孔在模锻过程中不出现折叠、失稳；机加后环坯加热，放至终锻模定位后锻制，一火锻制涡轮盘锻件图纸尺寸；上述的锻造方法避免了航空高温合金涡轮盘锻件，较多火次、较小变形量制坯过程导致的最终锻件组织不均匀、残余应力不均，提高了涡轮盘锻件综合性能和疲劳寿命，能够生产出组织均匀、综合性能优的涡轮盘锻件。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进行进一步的详细说明：
涡轮盘采用了GH4169合金，该部件的加工要求采用大规格DA工艺锻件，锻件内孔为Φ420mm，外径为Φ700mm，高度在100mm，锻件沿分模面上下对称，轮毂厚度为30mm，尺寸从内孔至Φ460mm处，辐板尺寸从Φ511mm至Φ595mm处，轮毂与辐板呈60度倒角连接；轮缘为45度至分模面，重量约为220Kg之间；据此采用本发明的预成型模锻+扩孔+模锻的锻造方法：
确定终锻所需坯形，根据高温合金涡轮盘锻件的结构特点确定环坯为终锻所需的坯形，该坯形的内径尺寸为480mm，外径尺寸为650mm，高度为160mm，坯形内外环上均设置有倒角，内环尺寸为大倒角，约60度，外环尺寸为小倒角，约30度。
制备终锻模具，终锻模具的型腔与锻件外形相应，由上下对称的上模和下模组成，组合后的终锻模具的型腔剖面呈“H”状，分模面位于终锻模具的型腔剖面的中部。
制备预成型模锻模具，预成型模具由上下对称的上模和下模组成，组合后的预成型模具的型腔剖面呈“H”状，分模面位于预成型模具的型腔剖面的中部；预成型模具的下模设有一个Φ150mm至Φ220mm，高度尺寸为4mm的定位台，将与其对应预成型模具的上模部位机加出斜面，角度为25度，预成型模具的下模定位台的中心距离预成型模具上模中心的高度约30mm；预成型模具其他型腔体积与锻件体积相当，该型腔高度为锻件高度的3/5。
锻造过程，将制备的预成型模具在300度进行预热，时间在10小时以上；将高温合金棒材一端加工出Φ150mm至Φ220mm、深度为2mm至5mm的凹坑；将高温合金棒材加热至1030度，保温时间为2小时；待高温合金棒材加热和预成型模具预热结束后，将高温合金棒材有凹坑的一端放入预成型模具的下模定位台，进行一火预成型模锻，控制锻造终锻温度大于900度，锻至高温合金棒材全部充满预成型模具的型腔后，取出预成型锻件；采用线切割方法或机加方式去除与预成型模具下模定位台对应的预成型锻件的部位；重新加热至1000度，保温时间2小时，在扩孔机上对预成型锻件进行直接扩孔，控制锻造终锻温度大于900度，扩至终锻所需的坯形尺寸与规格；对该坯形进行倒角处理，内环尺寸为大倒角，约60度，外环尺寸为小倒角，约30度；重新加热坯形至1000度，保温时间为1.5小时；将制备的终锻模具在300度进行预热，预热时间在10小时以上；将加热后的坯形放入预热后的终锻模具内，进行锻造，控制终锻温度在930度以上，一火锻至高温合金涡轮盘锻件的尺寸和规格。
采用本发明的锻造方法制备的大规格GH4169合金DA工艺涡轮盘锻件，经解剖，全部涡轮盘通面低倍组织均匀且细小，满足了GH4169合金DA工艺涡轮盘锻件对组织的要求并达到了其对上述锻件的力学性能和疲劳寿命的要求。
Claims (6)
1.一种高温合金盘件的模锻方法，包括确定终锻所需坯形的规格和尺寸，终锻模具和预成型模锻模具的制备，预成型模锻，扩孔至终锻所需的坯形，终锻的过程；
步骤1：根据高温合金涡轮盘锻件的结构特点确定环坯为终锻所需的坯形，该坯形的内径尺寸为Φ450至Φ500mm，外径尺寸为Φ600至Φ700mm，高度在100至200mm之间，坯形内、外环上均设置有倒角；
步骤2：制备终锻模具，终锻模具的型腔与锻件外形相应，由上下对称的上模和下模组成，组合后的终锻模具的型腔剖面呈“H”状，分模面位于终锻模具的型腔剖面的中部；
步骤3：制备预成型模锻模具，预成型模具由上下对称的上模和下模组成，组合后的预成型模具的型腔剖面呈“H”状，分模面位于预成型模具的型腔剖面的中部；预成型模具的下模设有一个Φ150～220mm的定位台，将与其对应预成型模具的上模部位机加出斜面，角度为15～30度，定位台的中心距离预成型模具上模中心的高度为20～40mm；预成型模具其他型腔体积与锻件体积相当，该型腔高度为锻件高度的4/5～2/3；
步骤4：将制备的预成型模具进行预热，在高温合金棒材一端加工出Φ150～220mm、深度为2～5mm的凹坑；将高温合金棒材加热至980～1140℃；待高温合金棒材加热和预成型模具预热结束后，将高温合金棒材有凹坑的一端放入定位台，进行一火预成型模锻，锻至高温合金棒材全部充满预成型模具的型腔后，取出预成型锻件；去除与定位台对应的预成型锻件的部位；重新加热至980～1140℃后，在扩孔机上对预成型锻件进行直接扩孔，扩至步骤1所述坯形的尺寸与规格；对该坯形进行倒角处理；重新加热坯形至980～1140℃；将制备的终锻模具进行预热；将加热后的坯形放入预热后的终锻模具内，进行锻造，锻至高温合金涡轮盘锻件的尺寸和规格。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的预成型模具和终锻模具均采用模具钢。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的预成型模具和终锻模具选用5CrNiMo模具钢。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的预成型模具和终锻模具的预热温度为200℃～400℃，持续时间为12小时以上。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1所述的坯形内环倒角根据高温合金涡轮盘锻件的内孔形状确定，坯形的外环倒角根据高温合金涡轮盘锻件的外形尺寸确定。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4所述的加热的时间根据高温合金材料的加热系数和规格来确定。
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