一种超细晶、高强度合金叶片锻件制造方法技术

本发明专利技术提供了一种超细晶、高强度合金叶片锻件的制造方法，制造过程包括，挤压、终锻、切毛边、热处理，其特征在于：所述挤压过程前采用钡盐炉加热；所述挤压模具采用“菱形叶身和榫头”对开式方形锥台结构，并对挤压模具喉部进行强化处理；本发明专利技术缩短了模具设计周期和生产工艺流程，降低了材料消耗，节约了成本；同时制备出的锻件性能组织平均晶粒度细于10级，性能达到高强锻件的水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高温合金叶片精锻领域，特别涉及了一种超细晶、高强度GH4169合金转子叶片锻件的制造方法。
技术介绍
压气机叶片是燃气轮机和航空发动机等机械的重要工作部件，尤其是高压压气机转子叶片，不但要随压气机盘做300(Tl0000rpm以上的长时间高速旋转，受热、力条件复杂，且其叶身又极单薄，进、排气边缘厚度甚至达O. 2mm,因此对材质和组织性能要求十分苛刻；叶片精锻解决了薄型面材料难加工这一难题，显著提高了叶片加工的效率，由于叶片精锻技术是材料热加工、精密检测、表面优化等技术在发动机高精度叶片制造上的综合运用，具有流程短、高效、低耗、优质众多特点，但是由于工艺、设备原因，高温合金精锻叶片还存在很多困难。现有技术中对GH4169合金转子叶片锻件的制造，为其榫头平均晶粒度细于5级，叶身平均晶粒度细于7级，抗拉强度、持久等力学性能达到“普通强度”水平，其工艺流程为第一步，将坯料加热1000°C 1150°C，挤杆，变形量20 % 60 %，清理；第二步，将挤杆后的坯料加热1000°C 1150°C，墩头，变形量20 % 60 %，清理；第三步，将墩头后的坯料加热900°C 1200°C，墩头，变形量20% 60%，清理；第四步，将预锻后的坯料加热900°C 1200°C，进行终锻，变形量20% 60%，清理；第五步，热处理，锻件进行固溶，固溶温度为1000°C 1100°C，后理化检验。采用传统工艺流程很难做到超细晶粒、高强度的高温合金精锻叶片，其工序和加热方式等已经没有调整空间，因此，需要对工艺流程中的工序和加热方式进行优化设计，以制造出榫头平均晶粒度细于8级，叶身平均晶粒度细于10级，抗拉强度、持久等力学性能达至IJ “高强”水平的叶片锻件。
技术实现思路
本专利技术的目的提供了，通过对加热条件和模具设计的控制，将三道工序合并为一道工序。本专利技术的技术方案一种超细晶、高强度合金叶片锻件的制造方法，通过对加热条件和模具设计的控制，确定了能够实现超细晶、高强度高温合金叶片锻件的精锻工艺流程和工艺参数，其特征在于所述加热条件，采用钡盐炉加热，坯料转移时间< 5s，加热温度1020°C ±10°C，坯料和叶片加热时间> 3min ;所述模具设计，模具材料选为耐磨的4Cr5W2VSi，在半径R的转接处堆焊合金材料Co6tlCr3tlW5Si2,厚度1. O 1. 5mm,焊前模块预热300°C 400°C，保温30 50min，堆焊时用小锤轻敲打焊料，焊后保温冷却；所述工艺流程和工艺参数包括步骤一，将圆柱坯料钡盐炉加热，挤压成型菱形叶身和榫头，加热温度为1000°C 1020°C，挤压比为5 6左右，清理；步骤二，将挤压件钡盐炉加热，终锻成形叶身和榫头，加热温度为1000°C 1020°C，叶身变形量为40% 60%，榫头变形量为20% 40%，清理；步骤三，热处理，真空固溶，加热温度为970°C 980°C，保温I 2小时后理化检测。本专利技术的有益效果与传统制造方法相比减少了三套工序，缩短了模具设计周期和生产工艺流程，降低了材料消耗，节约了成本；同时制备出的锻件性能组织平均晶粒度细于10级，性能达到高强锻件的水平。附图说明图1是传统合金叶片制造流程图。图2是本专利技术合金叶片精锻制造流程图。具体实施例方式下面结合附图1 2和实施例具体说明本专利技术的内容。如图1所示，传统合金叶片精密锻造工艺流程是1圆柱坯料一 21挤压成型圆柱叶身一 22墩头成型方形榫头一 23预成型叶身和榫头一 3终成形叶身和榫头一 4切毛边一 5热处理一 6理化检测；该流程是目前国内外对不锈钢、钛合金叶片广泛采用的流程，但采用该流程很难做到超细晶粒、高强度的高温合金精锻叶片，其工序和加热方式等已经没有调整空间。如图2所示，本专利技术合金叶片精锻制造流程图1圆柱坯料一 2挤压成型菱形叶身和榫头一 3终锻成形叶身和榫头一 4切毛边一 5热处理一 6理化检测；该流程将“21挤压成型圆柱叶身一 22墩头成型方形榫头一 23预成型叶身和榫头”三道工序合并为“2挤压成型菱形叶身和榫头” 一道工序，因此缩短了流程，且该流程中“菱形叶身和榫头”结构较“圆柱叶身+圆形榫头”结构明显降低了材料消耗。本专利技术所述的优化高温合金叶片精锻制造流程，具体实施过程为首先，将圆柱坯料钡盐炉加热，挤压成型菱形叶身和榫头，加热温度为1000°c 1020°C，挤压比为5 6左右，清理；其次，将挤压件钡盐炉加热，终锻成形叶身和榫头，加热温度为1000°C 1020°C，叶身变形量为40 % 60 %，榫头变形量为20 % 40 %，清理；最后，热处理，真空固溶，加热温度为970°C 980°C，保温I 2小时后理化检测；所述清理过程对挤压用圆柱坯料采用外圆磨，倒圆角；对菱形挤压坯进行腐蚀、吹沙和振动光饰；对终锻叶片进行腐蚀、吹沙和振动光饰、抛光等方法，去除表面缺陷。叶片坯料挤压模具的设计制造及表面强化方式是本专利技术的重要环节，是缩短流程、节约材料消耗的关键；但挤压坯料变形量较大，模具承受的反作用力和摩擦力也大，需要对模具结构、模具材料精心选择，同时还要对喉部进行强化；因此模具设计制造和强化方案是需要解决的重要问题。本专利技术优选实施例中，采用挤压“菱形叶身和榫头”的模具结构，所述“菱形叶身和榫头”的模具结构较传统“圆柱叶身+圆形榫头”的模具结构有较大差别，“圆柱叶身+圆形榫头”的模具结构为圆筒形整体结构，“菱形叶身和榫头”的模具结构为对开式方形锥台结构，为了提高模具寿命，对喉部进行了强化处理，本专利技术“菱形叶身和榫头”的模具结构具体设计过程为模具材料选为耐磨的4Cr5W2VSi，为提高模具寿命，在半径R的转接处堆焊合金材料Co6tlCr3tlW5Si2,厚度1. O 1. 5mm,焊前模块预热300°C 400°C，保温30 50min，堆焊时用小锤轻敲打焊料，易于应力释放，防止开裂；每套模具焊2次，焊后保温冷却。锻件加热过程GH4169合金是靠δ相和Υ丨相强化的镍基高温合金，晶粒度、δ相和相对锻造加热参数和变形量比较敏感，不同的参数得到不同的组织结构，进而影响强度和塑性指标；要想获得理想的组织性能，同时对余量较小的精锻叶片进行表面氧化和元素贫化的严格控制，必须对坯料和锻件的加热制度进行优化。本专利技术优选实施例中，采用钡盐炉加热，它的优点是具有加热速度快，温度均匀和不易氧化、脱碳等，在坯料挤压或锻造过程中，无需再在坯料表面涂覆任何润滑剂；同时要求坯料的转移时间很严彡5s，一旦时间超过5s，则钡盐变冷，形成硬壳，在锻件表面留下凹坑；本专利技术优选实施例中，采用加热温度1020°C ±10°C，坯料和叶片加热时间>3min ;每次加热7次，循环加热，此方法比电炉加热缩短了加热时间近1711^11，提高生产效率85%。传统制备工艺中，高温合金在多次的加热过程后，锻件表层的碳、硼等合金元素易被烧蚀和贫化，甚至诱发锻件表层晶粒粗化，导致拉伸塑性和冲击韧性下降，高温持久力明显降低，对此需要进行了叶片锻后表面贫化的检验。本专利技术由于整个锻造加热过程中均采用了钡盐炉加热，熔融的氯化钡在坯料表面形成一层致密的润滑层，使坯料不易氧化、脱碳等，坯料表面几乎没有贫化层产生。 以上所述仅为本专利技术的较佳实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超细晶、高强度合金叶片锻件制造方法，所述制造过程包括挤压、终锻、切毛边、热处理，其特征在于：所述挤压过程前采用钡盐炉对坯料加热；所述挤压模具采用“菱形叶身和榫头”对开式方形锥台结构，并对挤压模具喉部进行强化处理。

【技术特征摘要】
1.一种超细晶、高强度合金叶片锻件制造方法，所述制造过程包括挤压、终锻、切毛边、热处理，其特征在于所述挤压过程前采用钡盐炉对坯料加热；所述挤压模具采用“菱形叶身和榫头”对开式方形锥台结构，并对挤压模具喉部进行强化处理。2.根据权利要求1所述的超细晶、高强度合金叶片锻件制造方法，其特征在于所述钡盐炉加热过程中，坯料转移时间彡5s，加热温度1020°C ±10°C，坯料加热时间> 3min。3.根据权利要求1所述的超细晶、高强度合金叶片锻件制造方法，其特征在于所述挤压模具的制造材料选用4Cr5W2VSi。4.根据权利要求1所述的超细晶、高强度合金叶片锻件制造方法，其特征在于所述挤压模具喉部强化方式为，在喉部R的转接处堆焊合金材料Co6tlCr3具Si2，厚度1. O 1. 5mm ;焊前对模具预热、保温，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邰清安，关红，王少刚，郝德佳，国振兴，
申请(专利权)人：沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：