Gh4169合金复杂截面环形件的超塑性成形方法
【专利摘要】本发明公开了一种GH4169合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，其步骤为：将GH4169合金加热至1000±10℃，经变形量为40％～50％的锻造变形后，在890℃保温10小时，再升温至950℃保温3小时，得到细晶的GH4169合金坯料；再加热到锻造温度，经镦粗、冲孔、平高度，得到该合金环坯；在1060℃～1080℃的温度下，以最大为1.7mm/s的进给速度轧制成形，获得GH4169合金复杂截面环形件。该方法能使GH4169合金在成形过程中处于超塑性状态，从而获得性能和尺寸均符合要求的GH4169合金复杂截面环形件。该环形件主要作为连接环、轴承环等被广泛地用于航空、航天等工业领域的机械装备上。
【专利说明】GH4169合金复杂截面环形件的超塑性成形方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及了一种超塑性成形方法，特别是涉及了一种GH4169合金复杂截面环形件的超塑性成形方法。
【背景技术】
[0002]复杂截面环形件作为连接、回转支承环、轴承环等被广泛地用于航空、航天、工程机械、风力发电、石油化工等工业领域的大型机械装备上。这类环件服役条件苛刻，对其使用性能要求较高，而且环形件结构复杂，采用传统的成形方法很难同时满足环形件的性能和尺寸要求。
[0003]超塑性成形技术由于具有变形抗力低、材料塑性高、可以一次精密成形复杂零件等优点而在航空、航天等领域获得广泛的应用。目前，对于GH4169合金超塑性的研究，仅限于材料的拉伸试验中；而在环轧领域中，对GH4169合金复杂截面环形件的超塑性成形尚未见到报道。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种使用细小均匀晶粒的GH4169合金坯料来实现GH4169合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，该坯料在一定的应变速率和温度范围内能使GH4169合金处于超塑性状态，从而在较小的压力下，获得性能和尺寸均符合要求的GH4169合金复杂截面环形件。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所述GH4169合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，其技术方案包括以下步骤:
[0006](I)按一定规格将GH4169合金下料成棒材；
[0007](2)将上述GH4169合金进行晶粒细化处理，制备细晶的GH4169合金坯料；
[0008](3)将上述GH4169合金坯料，加热到锻造温度后，经镦粗、冲孔、平高度，制成GH4169合金环坯；
[0009](4)对上述GH4169合金环坯进行超塑性成形，得到GH4169合金复杂截面环形件。
[0010]上述步骤⑵所述对GH4169合金晶粒细化处理的方法为:将GH4169合金棒材加热到1000± 10°C，到温后，对其进行变形量为40%?50%的锻造变形；再将其加热到890°C保温10小时后，升温至950°C保温3小时，得到细晶的GH4169合金坯料。
[0011]上述步骤(3)所述GH4169合金环坯的高度应与最终成形的GH4169合金复杂截面环形件高度相同。
[0012]上述步骤(4)所述超塑性成形的过程为:先对GH4169合金环坯进行包套处理，使后续锻造处于相对恒定的温度下；将6財169合金环坯加热至1080°C，保温一段时间后，装入环轧机；将轧环机的主辊转速调至1.0rad/s，在1060°C?1080°C的温度下，以最大为
1.7mm/s的进给速度将所述GH4169合金坯料经轧制成形，获得GH4169合金复杂截面环形件。
[0013]进一步地，最大进给速度的计算方式如下:
?-ν
[0014]V0--~^―
(1-/0 v'Rh
[0015]式中，
[0016]V0为最大进给速度；
[0017]ε为GH4169合金超塑性变形允许的最大应变速率；
[0018]V为GH4169合金环件的总体积；
[0019]μ为GH4169合金在锻造温度时的摩擦系数；
[0020]V1为主辊的转速；
[0021]R为主辊的半径；
[0022]h为环件的高度。
[0023]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
[0024]本发明所述的GH4169合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，将GH4169合金棒材加热到1000±10°c，到温后，对其进行变形量为40%?50%的锻造变形，能够获得具有细小晶粒的GH4169合金；锻后的GH4169合金坯料加热到890°C保温10小时能够析出足够多数量的S相，限制了再结晶晶粒的结晶迁移，对细化晶粒起到了辅助作用，有助于控制后续超塑性成形时再结晶的晶粒尺寸，从而保证能够获得力学性能良好的GH4169合金复杂截面环形件；再将GH4169合金升温至950°C保温3小时能够消除由于锻造生产的晶粒大小不均匀现象，获得等轴均匀的细小晶粒，经测试，该GH4169合金的晶粒尺寸大小为5 μ m (符合GH4169合金超塑性要求的小于10 μ m)，且呈等轴的均匀分布。GH4169合金经过晶粒细化处理后，能够有效地提高材料的延伸率，降低流动应力。
[0025]经过上述晶粒细化处理的GH4169合金在1060°C?1080°C的温度下，以最大
1.7mm/s的进给速度进行轧制时，应变速度的最大值为8X 10-4s_l，此时，GH4169合金满足超塑性条件，达到了超塑性状态。经测试，此时GH4169合金的延伸率能够达到220?265%，能够完全满足GH4169合金复杂截面环件的成形要求。
【具体实施方式】
[0026]实施本发明所述的GH4169合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，需要提供高温加热炉、压力机、机械手，环轧机等设备，环轧机的主辊直径为Φ860_。【具体实施方式】如下:
[0027]GH4169合金主要化学兀素含量(重量百分比)为:含C量< 0.08 %、含Cr量
17.0%?21.0 %、含 Ni 量 50.0 %?55.0 %、含 Co 量彡 1.0 %、含 Mo 量 2.80 %?3.30 %、含 Al 量 0.30 % ?0.70 %、含 Ti 量 0.75 % ?L 15 %、含 Nb 量 4.75 % ?5.50 %、含 B 量(0.006%、含 Mg 量彡 0.01 %、含 Mn 量彡 0.35%、含 Si 量彡 0.35%、含 P 量彡 0.015%,含S量彡0.015 %、含Cu量彡0.30 %、含Ca量彡0.01 %、含Pb量彡0.0005 %、含Se量^ 0.0003%、余量为 Fe。
[0028]GH4169合金复杂截面环形件的超塑性成形工艺步骤如下:
[0029]按一定规格将GH4169合金下料成棒材；将所述GH4169合金棒材加热到1000± 10°C，，到温后，对其进行变形量为40 %?50 %的锻造变形；再将其加热到890°C保温10小时后，升温至950°C保温3小时，得到细晶的GH4169合金坯料；再将所述GH4169合金坯料，加热到锻造温度后，经镦粗、冲孔、平高度，制成GH4169合金环坯，该环坯的高度与最终成形的GH4169合金复杂截面环形件高度相同。
[0030]对所述GH4169合金环坯进行包套处理，使后续锻造处于相对恒定的温度下；将GH4169合金环坯加热至1080°C，保温一段时间后，装入环轧机；将轧环机的主辊转速调至1.0rad/s，在1060°C?1080°C的温度下，以最大为1.7mm/s的进给速度将所述GH4169合金坯料经轧制成形，获得GH4169合金复杂截面环形件。
[0031]上述最大进给速度的计算方式如下:
[0032]νο =7,—~
(1-//) VlRh
[0033]式中，
[0034]V0为最大进给速度；
[0035]ε为GH4169合金超塑性变形允许的最大应变速率；
[0036]V为GH4169合金环件的总体积；
[0037]μ为GH4169合金在锻造温度时的摩擦系数；
[0038]V1为主辊的转速；
[0039]R为主辊的半径；
[0040]h为环件的高度。
【权利要求】
1.一种GH4169合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)按一定规格将GH4169合金下料成棒材； (2)将上述GH4169合金进行晶粒细化处理，制备细晶的GH4169合金坯料； (3)将上述GH4169合金坯料，加热到锻造温度后，经镦粗、冲孔、平高度，制成GH4169合金环坯； (4)对上述GH4169合金环坯进行超塑性成形，得到GH4169合金复杂截面环形件。
2.根据权利要求1所述的GH4169合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，其特征在于，所述步骤(2)GH4169合金晶粒细化处理的方法为:将GH4169合金棒材加热到1000±10°C，到温后，对其进行变形量为40%?50%的锻造变形；再将其加热到890°C保温10小时后，升温至950°C保温3小时，得到细晶的GH4169合金坯料。
3.根据权利要求1所述的GH4169合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，其特征在于，所述步骤(3) GH4169合金环坯的高度应与最终成形的GH4169合金复杂截面环形件高度相同。
4.根据权利要求1所述的GH4169合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，其特征在于，所述步骤(4)超塑性成形的过程为:先对GH4169合金环坯进行包套处理，使后续锻造处于相对恒定的温度下JfGH4169合金环坯加热至1080°C，保温一段时间后，转入环轧机；将轧环机的主棍转速调至1.0rad/s,在1060°C?1080°C的温度下，以最大为1.7mm/s的进给速度将所述GH4169合金坯料经轧制成形，获得GH4169合金复杂截面环形件。
5.根据权利要求1或4所述的GH4169合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，其特征在于，所述最大进给速度的计算方式如下: 0 ('-pfv'Rh 式中， V0为最大进给速度； ε为GH4169合金超塑性变形允许的最大应变速率； V为GH4169合金环件的总体积； μ为GH4169合金在锻造温度时的摩擦系数； V1为主棍的转速； R为主辊的半径； h为环件的高度。
【文档编号】B21H1/06GK104148557SQ201410305152
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】魏志坚, 邱伟, 杨国平, 成陆祥, 雷静越, 李明, 吴超 申请人:贵州安大航空锻造有限责任公司