一种制备难变形高温合金饼坯的快速等温锻造方法和装置。装置包括加热设备、自动送料装置、卧式液压锻造设备、坯料的定位装置、火焰加热装置。所用的模具材料是一种在相应的锻造温度和变形速率下蠕变强度高于锻造高温合金流变应力的镍基合金。该方法可以选用经均匀化处理的电渣重熔连续定向凝固技术或其它任何具有可操作性的工艺制备高合金化难变形合金定向凝固坯锭，也可以是采用粉末冶金等工艺制备的细晶坯锭，本发明专利技术优点在于，生产周期短，控制方便、成本低廉，适用于大批量生产大尺寸、高洁净、组织均匀的高合金化难变形合金饼坯件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锻造
，特别是提供了一种制备难变形合金饼坯的快速等温锻造方法和装置，采用电渣重熔连续定向凝固技术或其它任何具有可操作性的工艺制备的具有良好热加工塑性的坯料在空气中完成快速等温锻造过程并获得具有均勻等轴晶组织饼坯，该饼坯可直接使用，也可作为下一步模锻的坯料。
技术介绍
涡轮盘是航空发动机最重要的热端零部件之一，被称为航空发动机的心脏。由于涡轮盘在高温工作环境下承受高的载荷，且本身在高速旋转的同时还起到传送扭矩的作用，工作条件非常苛刻，对材料性能的要求极高。本专利技术与涡轮盘的制备技术有关。目前制备涡轮盘的工艺为棒坯+镦压成饼坯+模锻+热处理+机加工。其中棒坯的制备工艺有两种，一是传统的铸锻工艺(Cast/Wrought，C/W)，该工艺利用真空感应熔炼+电渣重熔+真空电弧重熔三联工艺制备铸锭，经开坯锻造获得棒坯，然而对于650°C 以上使用的涡轮盘(例如FGH96、FGH98等合金涡轮盘)，由于材料合金化程度高而无法采用传统工艺实现铸锭开坯；第二种工艺是上世纪六十年代出现的粉末冶金工艺(Powder Metallurgy, Ρ/Μ) +等静压或挤压得到棒坯，该工艺能够获得组织均勻，偏析程度较低的棒坯。然而粉末冶金工艺存在着热诱导空洞(TIP)、原始颗粒边界(PPB)和夹杂物超标等问题，而且粉末冶金工艺生产周期长、材料成材率低、生产设备昂贵，导致粉末冶金涡轮盘的成本非常高。钢铁研究总院针对我国先进航空发动机涡轮盘制备过程存在的问题，开发成功了真空/气体保护电渣重熔连续定向凝固(ESR-CDS)技术，并成功申报了国家专利技术专利(申请号201010614036. 0)。利用该项技术可制备大尺寸、高纯净、低偏析的定向凝固难变形高温合金坯锭，通过等温锻造可以生产航空发动机用涡轮盘，克服了传统变形工艺无法制备更高合金化水平(使用温度超过650°C)涡轮盘的问题，同时解决了粉末冶金工艺生产涡轮盘存在的热诱导空洞(TIP)、原始颗粒边界(PPB)和夹杂物超标，特别是价格昂贵等问题。棒坯锻造工艺是制备组织均勻饼坯的关键，锻造条件的选择依据主要有以下两点一是锻造镍基高温合金的性能和冶金特征；二是锻压模具材料的性能。锻压模具材料的强度应该足够高从而使工件在它们之间发生变形，而且锻造合金在锻造结束后必须具有良好的性能。目前常用的锻造工艺有热模锻造和等温锻造两种工艺，其中热模锻是将上下模具加热到400°C 600°C之间，而坯料加热到较高的温度然后将坯料包裹上保温用的纤维毡后进行锻造的工艺，由于模具的加热温度较低，对模具材料的要求不是很高，但是，该工艺往往因为上下模具温度过低从而造成坯锭锻压失稳或组织不均勻，因此，对于650°C以上使用的高合金化高温合金涡轮盘通常不同这种锻压工艺；另一种锻压工艺是等温锻造工艺， 该工艺是将模具与棒坯加热到大致相同的温度，然后以一定的速率锻造成饼坯的工艺，它消除了冷模对锻造过程的影响，有利于获得组织均勻的饼坯。然而，像FGH96和FGH98这样的难变形高温合金的等温锻造温度一般在1050°C以上，对模具材料的要求非常高，目前通常使用的模具材料是较为昂贵的钼合金，且这种模具材料在大气环境下极易氧化，因此锻造过程必须在真空或惰性气体保护环境下进行。真空或惰性气体保护条件必然会增加工艺的复杂性和成本。因此，需要一种改进的方法，一方面能得到性能良好的锻件，另一方面能降低饼坯的制备成本。本专利技术采用真空/气体保护电渣重熔连续定向凝固技术或其它任何具有可操作性的工艺制备具有良好热加工塑性的坯料，通过大气下的快速等温锻造技术获得组织均勻的饼坯件，可大幅度降低饼坯的制备成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备难变形合金饼坯的快速等温锻造方法和装置，能明显降低难变形高温合金(例如FGH96或FGH98等)涡轮盘用饼坯成本的制备技术。锻造后合金具有理想的晶粒组织可以满足合金饼坯后续的模锻、热处理工艺对组织的要求。本专利技术提供的饼坯制备方法包括以下几步1、准备坯料采用电渣重熔连续定向凝固技术或其它任何具有可操作性的工艺制备具有良好热加工塑性的坯料；2、选用镍基高温合金锻压模具，所选用的模具材料是一种在相应的锻造温度 (1050°C 1150°C )和锻造变形速率(0. 001 Is—1)下的蠕变强度高于锻造合金流变应力的镍基高温合金；3、确定锻压温度为1050 °C 1150 °C，控制变形量50% 90%，变形速率 0. OOls-1 Is-1 ；4、利用纤维毡和不锈钢对锻压坯料进行包套；5、将包套好的锻造坯料和模具以升温-保温-升温-保温的加热曲线，加热至锻造温度，升温速度为100 300°C /h,保温温度分两段，一段是700 900°C，另一段为 1000 1100°C，保温时间控制在1 8h，具体值根据锻压材料的成分和坯料尺寸确定；6、将步骤( 得到的坯料和模具通过自动送料装置转移至卧式液压锻造设备；7、以0. 001 s—1 1 s—1应变速率下锻压合金坯料获得饼坯；8、将锻压获得的锻件进行静态再结晶热处理获得具有均勻等轴晶组织的饼坯件。 所述的静态再结晶热处理是锻造合金Y ‘全溶温度以下进行再结晶热处理，其中FGH96合金的热处理温度在1050°C 1120°C之间选择，FGH98合金的热处理温度在1050°C 1150°C 之间选择；保温时间为1 2小时。本专利技术适合制备FGH96和FGH98等时效强化型镍基高温合金。锻造坯料用 FGH96 合金的化学成分为C :0. 03wt%, Co :13wt%, Cr :16wt%, Mo -Awt %, W -Awt %, Ti 3. 7wt%, Al :2. 2wt%, Nb :0. 77wt%, B :0. 015wt%, Zr :0. 05wt%, Fe 彡 0. 5wt%, Ni 余。 FGH98 合金的化学成分为C :0. 03wt %, Co :18wt%, Cr :13wt%, Mo :3. 8wt %, W :2wt%, Ti :3. 5wt %, Al :3. 5wt %, Nb :1. 5wt %, Ta :2. 7wt %, B :0. 03wt %, Zr :0. 05wt %, Fe ^0. 5wt%,Ni 余。锻造镍基高温合金的坯料采用真空/气体保护电渣重熔连续定向凝固技术或其它任何具有可操作性的工艺制备的定向凝固铸锭，也可以是由粉末冶金等任何具有可操作性的工艺制备的细晶坯料，但要求坯料在锻造温度范围内表现为良好的塑性和较低的开裂倾向性。锻压模具可由任何复合条件的镍基高温合金模具材料制造，但最好是具有以下主要化学成分的合金c :0. 05 0. 15wt%,Cr 5 15wt%，Al 7 IOwt%，Mo 0 8wt%， W :0 5wt%，Ta 0 3wt%，Hf 0 3wt%，Ti 0 2wt%，B :0. 03 0. Iwt%, Ni 余， 该模具材料在相应的锻造温度和锻造变形速率下的蠕变强度高于锻造合金的流变应力且具有良好的抗氧化能力。等温锻造温度和变形速率的选择不仅要考虑到锻压合金和模具材料的性能还要使锻造合金锻造后经热处理得到理想的晶粒组织。对于选定的锻造合金，一方面要保本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种制备难变形合金饼坯的快速等温锻造方法，其特征在于：包括如下步骤：ａ．准备锻造坯料；ｂ．选用锻压设备和锻压模具，所选用的模具材料是一种在相应的锻造温度１０５０℃～１１５０℃和锻造变形速率下的蠕变强度高于锻造合金流变应力的镍基合金；ｃ．确定锻压温度为１０５０℃～１１５０℃，控制变形量５０％～９０％，变形速率０．００１ｓ－１１ｓ－１；ｄ．利用纤维毡和不锈钢对锻压坯料进行包套；ｅ．将包套好的锻造坯料和模具以升温－保温－升温－保温的加热曲线加热至锻造温度，升温速度控制在１００～３００℃／ｈ，保温温度分两段，一段是７００～９００℃，另一段为１０００～１１００℃，保温时间控制在１～８ｈ，根据锻压材料的成分和坯料尺寸确定；ｆ．将步骤（ｅ）得到的坯料和锻压模具通过自动送料装置快速运送至卧式锻压设备并完成定位操作；ｇ．以０．００１ｓ－１～１ｓ－１的变形速率锻压合金坯料获得饼坯；ｈ．将锻压获得的饼坯进行静态再结晶热处理，获得具有均匀等轴晶组织的饼坯件。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯涤，付锐，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：11
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