一种粉末高温合金卧式挤压模芯及其制备方法与流程

本发明属于粉末高温合金技术领域，涉及一种粉末高温合金卧式挤压模芯及其制备方法。

背景技术：

涡轮盘是燃气涡轮发动机关键件之一。其工作条件十分苛刻，在高温、高转速、高应力、高速气流下工作，承受着高的离心负荷、热负荷、气动负荷、振动负荷和环境介质的腐蚀及氧化作用，每次飞行还要经受起动、加速、巡航、减速、停车等循环的机械应力和温差引起的热应力的联合作用。涡轮盘各部位承受不同的交变负荷，其工作状况直接影响发动机的使用性能、可靠性、安全性和耐久性。随着高推重比、高功重比及高燃效发动机的发展，对涡轮盘冶金质量、疲劳性能、可靠性及耐久性提出了更高的要求。

随着航空发动机对安全性、可靠性及长寿命需求的不断提高，制造装备的不断升级，粉末高温合金的涡轮盘的制造工艺逐渐从直接热等静压工艺(热等静压+热处理)向变形工艺(热等静压+热挤压+等温锻造+热处理)转变。

涡轴发动机涡轮盘由于盘件直径较小，限制了挤压棒材的直径尺寸(φ130mm～φ160mm)，综合考虑国内挤压设备情况，宜采用卧式挤压制备涡轴发动机涡轮盘用挤压棒材。目前国内适用的该尺寸挤压的卧式挤压设备资源紧张，且挤压设备的载荷能力上限接近粉末高温合金挤压抗力，为粉末高温合金的热挤压工艺的开展带来了较大的难度。挤压模芯是挤压实施过程中的重要工装之一，其在高温高应力条件下抵抗变形的能力直接决定了挤压棒材的外观质量，包括同轴度、平直度及外观完整性等。目前，粉末高温合金卧式挤压采用的模芯材质主要是模具钢，其在高温条件下(粉末高温合金挤压的坯料温度在1100℃左右)，强度和刚度较差，挤压过程中易出现变形，从而导致挤压棒材平直度较差，棒材开裂等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是：针对现有技术中存在的技术问题提出一种粉末高温合金卧式挤压模芯及其制备方法。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面，提供一种粉末高温合金卧式挤压模芯，挤压模芯的材质为fgh96合金，挤压模芯进口锥角角度：50°～70°；其外形尺寸与挤压设备相适配。

所述挤压模芯进口锥角角度：60°。

另一方面，提供一种粉末高温合金卧式挤压模芯的制备方法，所述制备方法如下：fgh96合金经过氩气雾化制粉后进行筛分处理，选取合金粉末灌装进粉末包套，然后进行热等静压致密化，再将热等静压锭坯制成棒材，将棒材粗加工后进行固溶冷却处理和时效处理，最后精加工成挤压模芯。

所述固溶冷却处理的冷却速率为不小于：250℃/min。

所述合金粉末粒度为+200目。

优选地，采用热挤压工艺将热等静压锭坯挤压成棒材，挤压比不小于5：1。

所述热等静压致密化工艺参数为：致密化温度为1180℃，致密化压强不小于150mpa，致密化时间为3～5h。

优选地，粗加工后的挤压棒材的固溶温度为1160℃，固溶处理保温时间为3h。

优选地，时效处理：采用fgh96合金标准时效处理。

本发明的有益效果是：

(1)本发明所述卧式挤压模芯采用了fgh96合金，且通过特殊的制备工艺和热处理方法，使模芯在高温下具有较高的强度，可以保证模芯在挤压过程中不发生变形，从而保证保证挤压棒材的外观完整性、平直度及同轴度。同时，由于模芯与被挤压材料的变形特性一致，有利于改善粉末高温合金挤压棒材的开裂倾向。

(2)本发明所用的fgh96合金氩气雾化粉末的颗粒尺寸为+200目(≥63μm)，该粒度粉末属于粉末涡轮盘制造的废弃粉末，有利于降低制造成本。

(3)本发明粉末热等静压致密化温度为1180℃,致密化压强不小于150mpa，致密化时间为4h，较高的压力和温度，有利于粗粒度粉末的致密化。

(3)本发明所述的热等静压锭坯的挤压比不小于5：1，较大的挤压比有利于细化fgh96合金挤压态的晶粒度，从而为模芯奠定较好的组织基础。

(4)本发明所述的挤压模芯经过粗加工后在1160℃条件下进行固溶处理，在温度下固溶处理可以使fgh96合金获得最佳的组织状态，从而保证其在高温下的强度水平。同时，固溶冷却过程中的冷却速率为不小于250℃/min，较大的冷却速率，可以保证合金获得细小均匀的析出相，进一步提高合金的强度水平。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1fgh96合金挤压模芯示意图，图中，挤压模芯内径为φ130mm～φ169mm，挤压模芯外径为φ268mm～φ330mm，模芯进口锥角为50°～70°。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。

在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。

本发明设计的卧式挤压模芯的材质为fgh96合金，其制备工艺包括氩气雾化制粉、粉末筛分、粉末装包套、热等静压、热挤压、粗加工、固溶处理、时效处理及精加工，具体方法如下：

(1)fgh96母合金锭经过氩气雾化制粉后进行筛分处理，选取+200目(≥63μm)的合金粉末经过真空动态除气处理后灌装进直径为φ800mm粉末包套，并进行真空封焊；

(2)将真空封焊的粉末包套进行预热处理，预热处理温度为1030℃～1070℃；

(3)将预热处理后的分末包套在1180℃/150mpa/4h条件下进行热等静压，使合金粉末实现致密化；

(4)将致密化的热等静压锭坯经过加工后，采用立式挤压工艺将其挤压成φ300mm～φ350mm的挤压棒材；

(5)从挤压棒材上切取厚度为60mm的坯料，经粗加工后在1180℃/3h条件下进行固溶处理并以250℃/min的冷速进行冷却；

(6)固溶处理后坯料经过时效处理后进行精加工，最终制备成挤压模芯(图1)。

实施例一：

一种粉末高温合金卧式挤压模芯，外径φ268mm，内径φ131mm，厚度为42.79mm，制备过程包括如下步骤：

(1)fgh96母合金锭经过氩气雾化制粉后进行筛分处理，选取+200目(≥63μm)的合金粉末经过真空动态除气处理后灌装进直径为φ800mm粉末包套，并进行真空封焊；

(2)将真空封焊的粉末包套进行预热处理，预热处理温度为1050℃；

(3)将预热处理后的分末包套在1180℃/150mpa/4h条件下进行热等静压，使合金粉末实现致密化；

(4)将致密化的热等静压锭坯经过加工后，采用立式挤压工艺将其挤压成φ300mm的挤压棒材；

(5)从挤压棒材上切取坯料，加工成外径φ274mm，内径φ125mm，厚度为48mm的环形件；

(6)将加工后的环形件在1180℃/3h条件下进行固溶处理，并以250℃/min的冷速进行冷却；

(6)固溶处理后坯料经过时效处理后进行精加工，最终制备成外径φ268mm，内径φ131mm，厚度为42.79mm的挤压模芯。

(7)采用该模芯进行了粉末高温合金卧式挤压，挤压出了直径φ131mm粉末高温合金挤压棒材。相比于普通模具钢模芯挤压出的棒材，本发明模芯挤压出的棒材具有更好的平直度和外观完整性。

实施例二：

一种粉末高温合金卧式挤压模芯，外径φ330mm，内径φ169mm，厚度为38mm，制备过程包括如下步骤：

(1)fgh96母合金锭经过氩气雾化制粉后进行筛分处理，选取+200目(≥63μm)的合金粉末经过真空动态除气处理后灌装进直径为φ800mm粉末包套，并进行真空封焊；

(2)将真空封焊的粉末包套进行预热处理，预热处理温度为1050℃；

(3)将预热处理后的分末包套在1180℃/150mpa/4h条件下进行热等静压，使合金粉末实现致密化；

(4)将致密化的热等静压锭坯经过加工后，采用立式挤压工艺将其挤压成φ340mm的挤压棒材；

(5)从挤压棒材上切取坯料，加工成外径φ336mm，内径φ160mm，厚度为44mm的环形件；

(6)将加工后的环形件在1180℃/3h条件下进行固溶处理，并以250℃/min的冷速进行冷却；

(6)固溶处理后坯料经过时效处理后进行精加工，最终制备成外径φ330mm，内径φ169mm，厚度为38mm的挤压模芯。

(7)采用该模芯进行了粉末高温合金卧式挤压，挤压出了直径φ169mm粉末高温合金挤压棒材。

本发明采用fgh96合金，通过氩气雾化制粉、粉末筛分、粉末装包套、热等静压、热挤压、粗加工、固溶处理、时效处理及精加工等工序制备了粉末高温合金卧式挤压模芯，因采用了fgh96合金，且通过特殊的制备工艺和热处理方法，使模芯在高温下具有较高的强度，可以保证模芯在挤压过程中不发生变形，从而保证保证挤压棒材的外观完整性、平直度及同轴度。同时，由于模芯与被挤压材料的变形特性一致，有利于改善粉末高温合金挤压棒材的开裂倾向。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。