一种高材料利用率的挤压坯及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种高材料利用率的挤压坯及其制造方法，属于金属加工技术领域，解决了现有技术中的大直径镍基合金棒料挤压过程中变形不均匀、镍基合金材料利用率低的问题。所述挤压坯包括预挤压坯、设置在所述预挤压坯头部的第一挤压部和设置在所述预挤压坯尾部的第二挤压部；所述第一挤压部用于改善预挤压坯的头部应力；所述第二挤压部用于改善预挤压坯的尾部缩尾；所述第一挤压部和所述第二挤压部与所述预挤压坯的变形温度区间相同或相近。本发明专利技术的高材料利用率的挤压坯挤压时预挤压坯的材料利用率显著提高。材料利用率显著提高。材料利用率显著提高。

【技术实现步骤摘要】
一种高材料利用率的挤压坯及其制造方法


[0001]本专利技术涉及金属加工
，尤其涉及一种高材料利用率的挤压坯及其制造方法。

技术介绍

[0002]航空航天用镍基合金棒料对组织均匀性、晶粒尺寸、晶粒度级差等具有非常高的要求，目前国内大规格镍基合金棒料一般采用快锻的方式生产。由于镍基合金棒料在挤压过程中应力状态复杂，其应力的不均匀性会对组织控制带来很大的影响，尤其是坯料整体组织的不均匀性，都将增加镍基合金热挤压过程的组织控制难度。
[0003]专利技术人在生产过程中发现镍基合金棒料挤压时头部一部分区域为自由面，变形量很小，尾部未完全通过挤压模的变形区及定径带，从而保留了较多的坯料组织，如此，会造成挤压后镍基合金棒料的头部、尾部与中间部分的晶粒度级差大于2级，难以满足航空航天用细晶棒料的要求。供货时需切除首尾两端一部分棒料，导致材料利用率较低，由于高温合金中镍、铬、钼等昂贵金属较多，从而造成生产成本居高不下。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种高材料利用率的挤压坯及其制造方法，用以解决现有技术中大直径镍基合金棒料挤压过程中变形不均匀、镍基合金材料利用率低的问题。
[0005]本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术公开了一种高材料利用率的挤压坯，所述挤压坯包括预挤压坯、设置在所述预挤压坯头部的第一挤压部和设置在所述预挤压坯尾部的第二挤压部；
[0007]所述第一挤压部用于改善预挤压坯的头部应力；
[0008]所述第二挤压部用于改善预挤压坯的尾部缩尾；
[0009]所述第一挤压部和所述第二挤压部与所述预挤压坯的变形温度区间相同或相近。
[0010]进一步的，所述预挤压坯为圆柱形，所述第一挤压部为圆柱形垫片，所述第二挤压部为圆环形垫片；所述预挤压坯的材料为镍基合金，所述第一挤压部和第二挤压部的材料为不锈钢。
[0011]进一步的，所述第一挤压部的直径等于预挤压坯的直径D。
[0012]进一步的，所述第一挤压部的高度H1为1/15～1/6D，其中，D为预挤压坯的直径。
[0013]进一步的，所述第二挤压部的高度H2满足下式：
[0014][0015]式中：α为挤压模的模角；λ为挤压比；x为定径带的长度；R为预挤压坯2的半径，η为第二挤压部的内径与预挤压坯的直径的比值。
[0016]进一步的，所述第二挤压部的高度为100～300mm。
[0017]进一步的，所述第二挤压部的内径为预挤压坯的直径的1/4～1/2。
[0018]进一步的，所述第一挤压部的一端进行倒圆角，所述圆角的半径为r20～r50mm。
[0019]另一方面，本专利技术还提供了一种高材料利用率的挤压坯的制造方法，包括：
[0020]步骤1、采用自由锻镦粗或闭式镦粗的方式对镍基合金铸锭进行开坯及制坯处理；
[0021]步骤2、对制坯完成的镍基合金坯料进行表面机械加工，车掉黑皮和表面缺陷，获得圆柱形锻坯作为预挤压坯；
[0022]步骤3、将第一挤压部焊接到预挤压坯的头部，将第二挤压部焊接到预挤压坯的尾部，得到挤压坯；其中，第一挤压部、预挤压坯和第二挤压部三者的轴心对齐。
[0023]进一步的，所述第一挤压部和第二挤压部的材质均为奥氏体不锈钢。
[0024]与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
[0025](1)本专利技术的高材料利用率的挤压坯通过在预挤压坯的头部设置圆柱形垫片作为第一挤压部，挤压开始时圆柱形垫片可对预挤压坯的头部产生反向作用力，进而将传统预挤压坯头部的自由面区域的两向压应力一向拉应力改善为与预挤压坯其他部位相同的三向压应力，从而增加了预挤压坯的头部的变形量，使挤压后的预挤压坯的坯料整体应变更加均匀，减小轴向晶粒度级差(例如，头部、尾部与中段的晶粒度级差小于或等于1级)。
[0026](2)本专利技术的高材料利用率的挤压坯通过在预挤压坯的尾部设置圆环形垫片作为第二挤压部，改善了传统挤压方式的缩尾现象并可将预挤压坯的材料全部从挤压模挤出，大大提高了预挤压坯(预挤压坯为昂贵的镍基合金材料)材料的利用率(例如，材料利用率达到90％以上)，降低生产成本。
[0027](3)本专利技术的高材料利用率的挤压坯中第一挤压部和第二挤压部均采用奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢与镍基合金这两种金属的变形温度区间相近，且较容易焊接，另外这两种金属材料可使用相同型号的润滑剂，为挤压操作带来方便。
[0028]本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
[0029]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0030]图1为本专利技术的挤压坯的示意图；
[0031]图2为本专利技术采用的挤压模的双锥模示意图；
[0032]图3为传统方法的棒材挤压时的尾部缩尾示意图；其中(a)为剖视图之一；(b)为另一个视角的剖视图；
[0033]图4为本专利技术的挤压坯挤压时的示意图。
[0034]附图标记：
[0035]1‑
第一挤压部，2
‑
预挤压坯，3
‑
第二挤压部，4
‑
双锥模入口处，5
‑
定径带。
具体实施方式
[0036]下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。
[0037]航空航天用镍基合金棒料对组织均匀性、晶粒尺寸、晶粒度级差等具有非常高的要求，目前国内大规格镍基合金细晶棒料一般采用快锻的方式生产。由于挤压过程的应力状态复杂，其应力的不均匀性会对组织控制带来很大的影响，尤其是会导致坯料整体组织的不均匀。现有的镍基合金棒料挤压时的挤压模多采用双锥模，如下图2所示，模角组合为60
°
和45
°
，模角之间采用圆弧过渡，R30mm，模角与定径带之间采用圆弧过渡，R100mm。专利技术人在实践中经过深入研究发现：镍基合金棒料挤压时头部的一部分区域为自由面，变形量很小，尾部未完全通过挤压模的变形区及定径带，从而保留了较多的坯料组织，且棒料直径越大缩尾现象越严重，缩尾现象如下图3所示。如此会造成镍基合金棒料的头部、尾部与中间段的晶粒度级差大于2级，难以满足航空航天用细晶棒料的要求。供货时需要切除头部、尾部两端的一部分棒料，导致镍基合金棒料的材料利用率较低，由于航空航天用镍基高温合金中镍、铬、钼等昂贵金属较多，从而造成生产成本居高不下。
[0038]本专利技术公开了一种高材料利用率的挤压坯，上述挤压坯自上而下包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高材料利用率的挤压坯，其特征在于，所述挤压坯包括预挤压坯(2)、设置在所述预挤压坯(2)头部的第一挤压部(1)和设置在所述预挤压坯(2)尾部的第二挤压部(3)；所述第一挤压部(1)用于改善预挤压坯(2)的头部应力；所述第二挤压部(3)用于改善预挤压坯(2)的尾部缩尾；所述第一挤压部(1)和所述第二挤压部(3)与所述预挤压坯(2)的变形温度区间相同或相近。2.根据权利要求1所述的挤压坯，其特征在于，所述预挤压坯(2)为圆柱形，所述第一挤压部(1)为圆柱形垫片，所述第二挤压部(3)为圆环形垫片；所述预挤压坯(2)的材料为镍基合金，所述第一挤压部(1)和第二挤压部(3)的材料为不锈钢。3.根据权利要求1所述的挤压坯，其特征在于，所述第一挤压部(1)的直径等于预挤压坯(2)的直径D。4.根据权利要求3所述的挤压坯，其特征在于，所述第一挤压部(1)的高度H1为1/15～1/6D，其中，D为预挤压坯(2)的直径。5.根据权利要求1所述的挤压坯，其特征在于，所述第二挤压部(3)的高度H2满足下式：式中：α为挤压模的模角；λ为挤压比；x为定径带的长度；R为预挤压坯(2)的半径...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫，白亚冠，聂义宏，寇金凤，曹志远，王宝忠，
申请(专利权)人：中国第一重型机械股份公司，
类型：发明
国别省市：