一种镍基高温合金带底筒形件旋压固溶处理复合成形方法技术

本发明专利技术公开了一种镍基高温合金带底筒形件旋压固溶处理复合成形方法：根据构件的壁厚、直径及加工余量，按照体积不变定律，预制相应尺寸的圆形板料毛坯；按体积不变原理及流动旋压时的减薄率，反推出圆形毛坯的直径及厚度；确定拉深旋压过程中固溶处理的次数；采用采用单旋轮、往返程旋压轨迹进行多道次拉深旋压；拉深旋压中间预制圆形板料毛坯时，采用真空固溶热处理消除材料加工硬化、恢复塑性。本发明专利技术可实现难变形镍基高温合金构件的室温成形，在成形过程中无需加热，且成形过程中只需一个芯模，能极大的提高生产效率、提高零件的表面质量、并降低制造成本。

【技术实现步骤摘要】
一种镍基高温合金带底筒形件旋压固溶处理复合成形方法
本专利技术涉及金属材料的塑性成形领域，尤其涉及一种镍基高温合金带底筒形件旋压固溶处理复合成形方法。
技术介绍
镍基高温合金是指以镍为基体，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。因其具有较高的强度、良好的抗氧化和抗腐蚀性能等优点被广泛用于航空、航天、化工、舰船等高端
航空发动机及燃气轮机的燃烧室中含有大量的镍基高温合金(Haynes230)壳体构件，因此类零件需在高温、高压等恶劣环境下服役，其具有壁厚薄、高精度及高性能要求等特点。但由于镍基高温合金室温下成形加工硬化严重(加工硬化指数为0.78)，回弹严重，使得该类零件成形难度大，生产受到制约。此类零件需要与其他零部件进行装配，其表面精度及尺寸精度要求较高，热成形可以消除加工硬化，但热成形时不可避免地产生表面氧化，从而严重降低其表面质量。目前通常采用的是多道次冲压拉深成形加固溶处理的工艺制备。而由于镍基高温合金材料的特殊性及拉深成形工艺本身的局限性，成形后的产品存在不同程度的壁厚减薄和壁厚不均匀现象，拉深成形所能获得的极限尺寸公差(筒部直径、锥面角度、壁厚等)难以保证，且多次拉深需多套模具，生产成本较高。在实际生产过程中，一方面需要满足其表面质量及成形精度的要求；另一方面需要尽可能的简化生产工艺、提高生产效率、降低生产成本，以有利于工业生产；对于镍基合金的热成形，其加热方式及成形质量控制难度较大；而采用拉深成形，其壁厚均匀性无法保证。
技术实现思路
为了克服现有技术制备镍基高温合金构件成形精度不高的局限，本专利技术提供一种镍基高温合金带底筒形件旋压固溶处理复合成形方法；该方法既能制备出较高精度和优异力学性能的镍基高温合金构件，又能省去热成形时的专用加热设备，从而达到提高生产效率、降低制造成本的目的。本专利技术通过下述技术方案实现：一种镍基高温合金带底筒形件旋压固溶处理复合成形方法，其包括如下步骤：步骤一：根据构件的壁厚、直径及加工余量，按照体积不变定律，预制相应尺寸的圆形板料毛坯；圆形板料毛坯为(难变形)镍基高温合金，根据10-15mm的修边余量以及零件的尺寸，按体积不变原理及流动旋压时的减薄率，反推出圆形毛坯的直径及厚度。步骤二：根据镍基高温合金拉深旋压时的极限拉深系数，确定拉深旋压过程中固溶处理的次数；步骤三：采用相应的芯模及拉深旋压用旋轮，采用单旋轮、往返程旋压轨迹进行多道次拉深旋压；步骤四：拉深旋压中间预制圆形板料毛坯的过程中，采用真空固溶热处理消除材料加工硬化，恢复塑性；在真空固溶热处理中，为提高构件固溶处理时温度的均匀性及防止晶粒长大，应首先在600℃及800℃进行均温处理，再提升至1190-1210℃进行固溶；均温及固溶处理时间根据圆形板料毛坯的壁厚，采用下式(1)-(3)计算获得，最后进行气淬冷却处理(冷却速度30-50℃/s)；τ1＝(25～30)+2t(1)τ2＝(25～30)+1.5t(2)τ3＝(18～20)+0.5t(3)式中，τ1、τ2及τ3分别为第一次均温、第二次均温及固溶处理的时间，t为坯料壁厚；步骤五：对固溶热处理后的预制坯料再次进行拉深旋压成形；步骤六：重复步骤三和步骤四；直至完成拉深旋压成形为筒形件。步骤七：采用双锥面旋轮，对步骤四成形的筒形件进行流动旋压整形；目的是拉深旋压获得的筒形件存在壁厚分布不均的现象，中间壁厚减薄、口部增厚；通过流动旋压来提高壁厚的均匀性。由于镍基高温合金加工硬化严重，回弹较为严重，故芯模需采用一定倒锥角，来进行回弹补偿。步骤八：将筒形件的直筒口部切除10-15mm，即可获得带底筒形构件；目的是针对流动旋压后容易出现的口部高度不一的现象，利用切边轮在口部进行10-15mm的修边。在步骤四所述真空固溶热处理过程中，加热速度为20℃/min，在600℃和800℃保温30min，随后加热到1200℃保温20min。上述步骤一中，圆形板料毛坯材料为(难变形)镍基高温合金，根据10-15mm的修边余量以及零件的尺寸，按体积不变定律及流动旋压时的减薄率，反推出圆形板料毛坯的直径及厚度。上述步骤二，镍基高温合金拉深旋压时的极限旋压系数约为0.75-0.78，据此计算出需要中间固溶处理的次数。上述步骤三所述多道次拉深旋压，具体是：直径为176mm的芯模，以及小径rρ＝10mm、大径rρ’＝25mm的复合型面旋轮，以及具有3°倒锥角的旋压用芯模；采用首道次仰角60°，进给比2mm/r圆弧形轨迹进行多道次拉深旋压，直至坯料外缘达到所需直径。上述步骤六所述，重复步骤3时，再次进行多道次拉深旋压成形为筒形件，首道次仰角选择为30°～40°。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：1、本专利技术可以实现难变形镍基高温合金构件的室温成形，在成形过程中无需加热，且成形过程中只需一个芯模，能极大的提高生产效率、提高零件的表面质量、并降低制造成本；2、本专利技术可有效避免拉深旋压时的壁厚不均和镍基合金加工硬化严重导致的回弹严重，而造成的口部扩口现象，以及热成形导致的表面氧化；可有效实现此类零件的高精度低成本成形。3、采用本专利技术方法加工带底筒形件，能极大的节省材料、降低材料成本。附图说明图1为本专利技术制备出的一种镍基高温合金带底筒形构件的示意图。图2为本专利技术采用多道次普通旋压成形图1所示零件的成形示意图。图3为本专利技术固溶处理规范。图4为镍基高温合金旋压件固溶处理后的微观组织图。图5为本专利技术制备图1所示零件时采用流动旋压整形时的示意图。图6为本专利技术制备图1所示零件时切边轮进行修边时的示意图。图7为本专利技术制备出的难变形镍基高温合金阶梯状筒形构件。图8为本专利技术制备图7所示零件时采用多道次拉深旋压成形小端筒形段示意图。图9为本专利技术制备图7所示零件时采用多道次拉深旋压成形大端筒形段示意图。图10为本专利技术制备图7所示零件时流动旋压整形示意图。图11为本专利技术制备图7所示零件时切边示意图。图12是本专利技术制备(难变形)镍基合金带底筒形件的流程图。上图中附图标记：复合型面旋轮1；尾定2；拉深旋压轨迹3；主轴4；双锥面旋轮11；切边轮12；圆弧形旋轮13；其中复合型面旋轮1的型面轮廓，是由两个不同半径的圆弧，即一个大圆弧和一个小圆弧连线而成。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步具体详细描述。实施例1本专利技术镍基高温合金带底筒形件旋压固溶处理复合成形方法，可通过如下步骤实现：一、图1为某难变形镍基高温合金带底筒形件示意图，材料为Haynes230合金，要求零件壁厚t＝2.0mm、外径D0＝180mm、长度62mm。采用多道次拉深旋压成形，根据体积不变原理，通过理论分析，选取修边余量10mm，计算圆板坯料的直径为Dt＝281mm。二、根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍基高温合金带底筒形件旋压固溶处理复合成形方法，其特征在于包括如下步骤：/n步骤一：根据构件的壁厚、直径及加工余量，按照体积不变定律，预制相应尺寸的圆形板料毛坯；/n步骤二：根据镍基高温合金拉深旋压时的极限拉深系数，确定拉深旋压过程中固溶处理的次数；/n步骤三：采用相应的芯模及拉深旋压用旋轮，采用单旋轮、往返程旋压轨迹进行多道次拉深旋压；/n步骤四：拉深旋压中间预制圆形板料毛坯的过程中，采用真空固溶热处理消除材料的加工硬化，恢复塑性；在真空固溶热处理中，为提高构件固溶处理时温度的均匀性及防止晶粒长大，应首先在600℃及800℃进行均温处理，再提升至1190-1210℃进行固溶；均温及固溶处理时间根据圆形板料毛坯的壁厚，采用下式(1)-(3)计算获得，最后进行气淬冷却处理；/nτ1＝(25～30)+2t (1)/nτ2＝(25～30)+1.5t (2)/nτ3＝(18～20)+0.5t (3)/n式中，τ1、τ2及τ3分别为第一次均温、第二次均温及固溶处理的时间，t为坯料壁厚；/n步骤五：对固溶热处理后的预制坯料再次进行拉深旋压成形；/n步骤六：重复步骤三和步骤四；直至完成拉深旋压成形为筒形件。/n...

【技术特征摘要】
1.一种镍基高温合金带底筒形件旋压固溶处理复合成形方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：根据构件的壁厚、直径及加工余量，按照体积不变定律，预制相应尺寸的圆形板料毛坯；
步骤二：根据镍基高温合金拉深旋压时的极限拉深系数，确定拉深旋压过程中固溶处理的次数；
步骤三：采用相应的芯模及拉深旋压用旋轮，采用单旋轮、往返程旋压轨迹进行多道次拉深旋压；
步骤四：拉深旋压中间预制圆形板料毛坯的过程中，采用真空固溶热处理消除材料的加工硬化，恢复塑性；在真空固溶热处理中，为提高构件固溶处理时温度的均匀性及防止晶粒长大，应首先在600℃及800℃进行均温处理，再提升至1190-1210℃进行固溶；均温及固溶处理时间根据圆形板料毛坯的壁厚，采用下式(1)-(3)计算获得，最后进行气淬冷却处理；
τ1＝(25～30)+2t(1)
τ2＝(25～30)+1.5t(2)
τ3＝(18～20)+0.5t(3)
式中，τ1、τ2及τ3分别为第一次均温、第二次均温及固溶处理的时间，t为坯料壁厚；
步骤五：对固溶热处理后的预制坯料再次进行拉深旋压成形；
步骤六：重复步骤三和步骤四；直至完成拉深旋压成形为筒形件。


2.根据权利要求1所述镍基高温合金带底筒形件旋压固溶处理复合成形方法，其特征在于：所述气淬冷却速度为30-50℃/s。


3.根据权利要求2所述镍基高温合金带底筒形件旋压固溶处理复合成形方法，其特征在于：在步骤四所述真空固溶热处理过程中，加热速度为20℃/min，在600℃和800℃保温30min，随后加热到1200℃保温20min。


4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖刚锋，夏琴香，程秀全，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44