一种基于TCAP制造中小尺寸高强GH4169合金环锻件的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于TCAP制造中小尺寸高强GH4169合金环锻件的方法，包括以下步骤：检验—改锻—检验—制坯—马架扩孔—环轧—TCAP挤压成形—热处理—理化测试。本发明专利技术在高强GH4169环形锻件制造过程中增加TCAP转角挤压工艺方法，从而可以进行大变形量的马架扩孔、环轧工序，成形内径更大的环形锻件坯料，通过TCAP挤压最终获得细晶、匀晶的GH4169高性能锻件，满足产品技术要求；较大内径尺寸的环坯成形也意味着可以采用较大直径马棒及芯辊，从而提高马棒、芯辊的使用寿命，降低制造成本，提高批产效率；便于SPD工艺技术的工程化应用，满足了未来高性能航空乃至航天环形锻件的工程化需求。化需求。化需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于TCAP制造中小尺寸高强GH4169合金环锻件的方法


[0001]本专利技术涉及一种基于TCAP制造中小尺寸高强GH4169合金环锻件的方法，属于航空零部件锻造


技术介绍

[0002]航空发动机用中小尺寸高强GH4169环形锻件（外径小于400mm，晶粒度须6级或更细且均匀），锻件的组织、性能要求极高，但由于环件外径偏小，不能进行大变形量的环轧成形工艺方法，只能采用“低温+多次镦拔改性+低温+马架扩孔+低温+小变形量环轧”的工艺方法，该方法存在成形火次多、变形抗力大、生产难度高的特点，尽管如此，也难以达到匀晶、细晶的高强GH4169技术指标。
[0003]另外，高强GH4169锻造成形温度低、变形抗力大，致使小直径马棒及芯辊在马架扩孔及环轧过程中极易断裂，严重制约产品的批量化制造效率的提高。
[0004]为此，需要开发一种全新的制造工艺方法，既能达到高强GH4169的细晶组织及高性能要求，又能降低制造难度，提升制造效率、降低制造成本。
[0005]近年来，众多科研院所对SPD（Severe Plastic Deformation）大塑性变形技术进行了大量研究，并开发出多种基于SPD理论的细晶制备成形技术，如TCAP（Twist Channel Angular Pressing）转角挤压技术、ECAP（Equal Channel Angular Pressing）等径角挤压、ARB（Accumulative Roll Bonding）累积叠轧、HPT（High Pressure Torsion）高压扭转变形、CEC（Cyclic Extrusion Compression）往复挤压等，制备了小尺寸棒料、板料、方块试样，一些企业利用上述技术仅制造出少量的小尺寸结构件，如螺钉、小齿轮等，并没有大量生产，也未有人成功生产出航空航天环形锻件。
[0006]授权公告号为CN107287538B、专利名称为“一种结合两道次ECAP加工提高超高强铝合金综合性能的方法”的中国专利，公开了一种结合两道次ECAP加工提高超高强铝合金综合性能的方法，使用该方法处理的合金，在其强度大幅提高的同时，其抗晶间腐蚀性能和抗剥落腐蚀性能都得到显著提高，抗腐蚀性得到了较大程度的改善，可以有效提高超高强铝合金的综合性能。但是，该专利的研究仅限于超高强铝合金，无法直接应用于航空航天环形锻件制造中。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于TCAP制造中小尺寸高强GH4169合金环锻件的方法，以解决现有的中小尺寸高强GH4169环形锻件的生产方法存在的生产难度高、生产效率低下的问题。
[0008]本专利技术采取的技术方案为：一种基于TCAP制造中小尺寸高强GH4169合金环锻件的方法，包括以下步骤：（1）工艺设计，根据最终锻件成型需要，计算出所需棒料的尺寸；（2）下料，使用锯床对棒料进行锯切下料；
（3)检验，检查坯料端面心部、1/2半径处、边缘的晶粒度；（4)改锻，使用快锻机对坯料进行多次镦拔；（5)检验，检查锻件端面心部、1/2半径处、边缘的晶粒度；（6)制坯，使用快锻机对锻件进行镦粗、滚圆、冲孔、平端面；（7)马架扩孔，使用快锻机对锻件进行马架扩孔、平端面；（8)环轧，使用碾环机对锻件进行轧制；（9)TCAP挤压成形，使用锻造液压机对锻件进行挤压成形；（10)热处理，对锻件进行固溶、时效处理；（12)理化测试，对锻件进行组织及性能测试。
[0009]优选的，所述步骤（4）、（6）、（7）、（8）和（9）中，使用电炉进行加热，加热温度为1020℃
ꢀ‑
1050℃，保温时间按0.7
‑
1.0mm/min计算，电炉炉温均匀性须达到
±
15℃。
[0010]优选的，所述步骤（4）中须进行多次镦拔，镦粗后须进行重滚圆，单次镦粗或拔长变形量控制在20
‑
40%。
[0011]优选的，所述步骤（5）中必须检查锻件端面心部、1/2半径处、边缘的晶粒度，确保成形前锻件晶粒度均匀。
[0012]优选的，所述步骤（6）中使用快锻机对锻件进行镦粗、滚圆、冲孔、平端面，确保锻件无拉料、走样、马蹄形等缺陷。
[0013]优选的，所述步骤（7）中使用快锻机对坯料进行马架扩孔、平端面，确保马架扩孔变形量达到25%以上，锻件内径大于Φ180mm，锻件壁厚均匀。
[0014]优选的，所述步骤（8）中采用碾环机对锻件进行轧制时，确保轧制变形量达到25%以上，环形锻件椭圆度≤4mm，环形锻件端面无鱼尾缺陷。
[0015]优选的，所述步骤（7）中须使用锻造液压机并在专用挤压模具中成形，挤压速度控制在10
‑
20mm/s以内，模具须预热至200
‑
300℃及喷涂水基石墨润滑剂，锻件加热前涂敷玻璃润滑剂。
[0016]本专利技术的有益效果：1.与现有技术相比，本专利技术在高强GH4169环形锻件制造过程中增加TCAP转角挤压工艺方法，从而可以进行大变形量的马架扩孔、环轧工序，成形内径更大的环形锻件坯料，通过TCAP挤压最终获得细晶、匀晶的GH4169高性能锻件，满足产品技术要求；较大内径尺寸的环坯成形也意味着可以采用较大直径马棒及芯辊，从而提高马棒、芯辊的使用寿命，降低制造成本，提高批产效率。
[0017]2.与现有技术相比，本专利技术通过采用TCAP挤压技术，获得了高强六级的GH4169环形锻件，组织性能均达到相关技术要求；通过现场生产试验，环形锻件经过一次TCAP挤压以后，锻件晶粒度能提高2级以上，由于TCAP挤压对设备依赖小、成形效率高、挤压模具简单、环坯内径大、环坯变形充足等特点，大幅度降低了高强GH4169环形锻件的制造难度；同时，由于采用大变形量环轧及大变形量TCAP挤压，环件圆周方向变形均匀，晶粒细化程度均匀，便于获得匀晶组织，解决了原有的“低温+多次小变形”带来的变形不均的问题。
[0018]3.与现有技术相比，本专利技术提出的TCAP技术便于在环形锻件制造中实现，便于SPD工艺技术的工程化应用，满足了未来高性能航空乃至航天环形锻件的工程化需求。
附图说明
[0019]图1为本专利技术成形工步图；图2为本专利技术挤压成型示意图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图及具体的实施例对本专利技术进行进一步介绍。
[0021]实施例1：一种基于TCAP制造中小尺寸高强GH4169合金环锻件的方法，如图1所示，包括以下步骤：（1）工艺设计根据最终锻件成型需要，计算出TCAP挤压成型前矩形环坯尺寸，本例计算出的矩形环坯尺寸为：外径Φ512mm
×
内径Φ434mm
×
高度H91mm，并按照环形锻件成型特点，计算出所需棒料的尺寸为：直径Φ200mm
×
高度H91mm；（2）下料使用锯床对圆柱形棒料进行锯切下料，下料尺寸为直径Φ200mm
×
高度91mm
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于TCAP制造中小尺寸高强GH4169合金环锻件的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）工艺设计，根据最终锻件成型需要，计算出所需棒料的尺寸；（2）下料，使用锯床对棒料进行锯切下料；（3)检验，检查坯料端面心部、1/2半径处、边缘的晶粒度；（4)改锻，使用快锻机对坯料进行多次镦拔；（5)检验，检查锻件端面心部、1/2半径处、边缘的晶粒度；（6)制坯，使用快锻机对锻件进行镦粗、滚圆、冲孔、平端面；（7)马架扩孔，使用快锻机对锻件进行马架扩孔、平端面；（8)环轧，使用碾环机对锻件进行轧制；（9)TCAP挤压成形，使用锻造液压机对锻件进行挤压成形；（10)热处理，对锻件进行固溶、时效处理；（12)理化测试，对锻件进行组织及性能测试。2.根据权利要求1所述的一种基于TCAP制造中小尺寸高强GH4169合金环锻件的方法，其特征在于：所述步骤（4）、（6）、（7）、（8）和（9）中，使用电炉进行加热，加热温度为1020℃
ꢀ‑
1050℃，保温时间按0.7
‑
1.0mm/min计算，电炉炉温均匀性须达到
±
15℃。3.根据权利要求1所述的一种基于TCAP制造中小尺寸高强GH4169合金环锻件的方法，其特征在于：所述步骤（4）中须进行多次镦拔，镦粗后须进行重滚圆，单次镦粗或拔长变形量控制在20
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘君，杨家典，吴永安，宋捷，罗鸿飞，王攀智，王清，卢熠，何星星，牟旭祥，
申请(专利权)人：四川德兰航宇科技发展有限责任公司，
类型：发明
国别省市：