一种GH4169合金环件及其制备方法与流程

本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种GH4169合金环件及其制备方法。

背景技术：

GH4169合金是20世纪60年代发展的一种铌强化的沉淀硬化型镍-铁基高温合金，基体是Ni-Fe基奥氏体，主要强化相是体心立方相。该合金具有较好的高温力学性能、良好的热工艺和焊接性能，目前在航空发动机涡轮盘、叶片、石油管道、核工业结构件等领域得到广泛应用，主要用于制造机匣、火焰筒等环件和盘、轴等转动部件。

环件轧制是利用轧辊驱动环件转动，通过轧制孔型的连续轧制变形，使环件直径不断增大，壁厚减小，截面逐渐成形的特殊塑性加工过程。环件轧制技术是目前生产高性能无缝环件最为有效的手段之一，在航空、航天、能源、交通等诸多领域获得广泛应用。

目前，GH4169合金环件的成形工艺只能达到满足力学性能和晶粒度级差控制在2级以内的要求，很难达到工件的各个部位都能达到6级匀晶和表层残余应力较低的要求。如中国发明专利CN 104148557 A中公开了一种GH4169复杂截面环形件的成形方法：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10h，再升温至950℃保温3小时；再加热到锻造温度，经镦饼、制孔、平高度，得到该合金环坯；在1000-1040℃的温度下进行轧制成形，获得环形件。该专利中的技术方案制备的GH4169合金环件固溶时效后组织为12级晶粒度，残余应力绝对值为400-600MPa，并不能满足表层残余应力绝对值低于250MPa和6级匀晶的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种GH4169合金环件及其制备方法。本发明制备得到的GH4169合金环件能够满足表层残余应力绝对值低于250MPa和6级匀晶的要求。

本发明提供了一种GH4169合金环件的制备方法，包括以下步骤：

(1)将GH4169合金坯料在1020～1040℃进行镦饼，得到饼坯；

(2)将所述步骤(1)得到的饼坯在1020～1040℃进行制孔，得到环坯；

(3)将所述步骤(2)得到的环坯依次进行第一轧制、第二轧制和第三轧制，所述第一轧制、第二轧制和第三轧制的温度独立地为1020～1040℃，所述第三轧制的变形量为10～15％，得到终轧件；

(4)将所述步骤(3)得到的终轧件进行热处理，得到GH4169合金环件。

优选的，所述步骤(1)中GH4169合金坯料的晶粒度为6级以上。

优选的，所述步骤(1)中镦饼的变形量为40～50％。

优选的，所述步骤(1)中镦饼的变形速率为4～6mm/s。

优选的，所述步骤(3)中第一轧制的变形量为10～20％。

优选的，所述步骤(3)中第一轧制的芯辊进给速度为0.5～1.5mm/s。

优选的，所述步骤(3)中第二轧制的变形量为20～30％。

优选的，所述步骤(3)中第二轧制的芯辊进给速度为0.5～1.5mm/s。

优选的，所述步骤(3)中第三轧制的芯辊进给速度为0.5～1.5mm/s。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的GH4169合金环件，微观组织为6级匀晶，表层残余应力绝对值低于250MPa。

本发明提供了一种GH4169合金环件的制备方法，包括以下步骤：将GH4169合金坯料在1020～1040℃依次进行镦饼、制孔、第一轧制、第二轧制和第三轧制，所述第一轧制、第二轧制和第三轧制的温度相同或不同，所述第三轧制的变形量为10～15％，最后进行热处理，得到GH4169合金环件。本发明通过控制镦饼、制孔和轧制的温度，并且将轧制工序分为三个阶段，通过控制第三轧制的变形量，得到晶粒细小均匀，表层残余应力低的GH4169合金环件。实验结果表明，本发明提供的制备方法制备的GH4169合金环件微观组织为6级匀晶，表层残余应力绝对值低于250MPa。

附图说明

图1为本发明实施例1中使用的GH4169合金坯料的显微组织图；

图2为本发明实施例1中得到的环坯的结构尺寸图；

图3为本发明实施例1中得到的预轧件的结构尺寸图；

图4为本发明实施例1中得到的中轧件的结构尺寸图；

图5为本发明实施例1中得到的终轧件的结构尺寸图；

图6为本发明实施例1中制备的GH4169合金环件的显微组织图；

图7为本发明实施例1中制备的GH4169合金环件外端面残余应力雷达图；

图8为本发明实施例2中得到的环坯的结构尺寸图；

图9为本发明实施例2中得到的预轧件的结构尺寸图；

图10为本发明实施例2中得到的中轧件的结构尺寸图；

图11为本发明实施例2中得到的终轧件的结构尺寸图；

图12为本发明实施例2中制备的GH4169合金环件的显微组织图；

图13为本发明实施例2中制备的GH4169合金环件外端面残余应力雷达图。

具体实施方式

本发明提供了一种GH4169合金环件的方法，包括以下步骤：

(1)将GH4169合金坯料在1020～1040℃进行镦饼，得到饼坯；

(2)将所述步骤(1)得到的饼坯在1020～1040℃进行制孔，得到环坯；

(3)将所述步骤(2)得到的环坯依次进行第一轧制、第二轧制和第三轧制，所述第一轧制、第二轧制和第三轧制的温度独立地为1020～1040℃，所述第三轧制的变形量为10～15％，得到终轧件；

(4)将所述步骤(3)得到的终轧件进行热处理，得到GH4169合金环件。

本发明将GH4169合金坯料在1020～1040℃进行镦饼，得到饼坯。在本发明中，所述镦饼的温度优选为1025～1035℃，更优选为1028～1032℃。在本发明中，所述镦饼的变形量优选为40～50％，更优选为43～47％。在本发明中，所述镦饼的变形速率优选为4～6mm/s，更优选为4.5～5mm。在本发明中，所述镦饼用模具的温度优选为260～400℃，更优选为300～350℃。本发明对所述镦饼的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的镦饼的装置即可。在本发明中，所述镦饼优选在液压机上进行。

在本发明中，所述GH4169合金坯料的晶粒度优选为6级以上，更优选为6级匀晶。本发明对所述GH4169合金坯料的形状和尺寸没有特殊的限定，根据环件的最终形状和尺寸进行调整即可。

得到饼坯后，本发明将所述饼坯在1020～1040℃进行制孔，得到环坯。在本发明中，所述制孔的温度优选为1025～1035℃，更优选为1028～1032℃。在本发明中，所述制孔用模具的温度优选为260～400℃，更优选为300～350℃。

本发明对所述环坯的尺寸没有特殊的限定，根据产品所需尺寸进行调整即可。在本发明中，所述环坯的外径优选为400～700mm，更优选为448～685mm。在本发明中，所述环坯的内径优选为190～450mm，更优选为198～430mm。在本发明中，所述环坯的高度优选为100～200mm，更优选为130～185mm。

在本发明中，所述制孔优选包括冲孔和扩孔。本发明对所述制孔的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制孔的设备即可。在本发明中，所述冲孔优选在液压机上进行。在本发明中，所述冲孔过程中，液压机下压速度优选为8～10mm/s。在本发明中，所述扩孔的装置优选为马架。

得到环坯后，本发明将所述环坯在1020～1040℃依次进行第一轧制、第二轧制和第三轧制，所述第一轧制、第二轧制和第三轧制的温度相同或不同，所述第三轧制的变形量为10～15％，得到终轧件。在本发明中，所述第一轧制、第二轧制和第三轧制过程中，环坯直径不断增大，壁厚减小，截面逐渐成形。

本发明将所述环坯在1020～1040℃进行第一轧制，得到预轧件。在本发明中，所述第一轧制的温度优选为1025～1035℃。在本发明中，所述第一轧制的变形量优选为10～20％，更优选为12～18％，最优选为14～16％。在本发明中，所述第一轧制的芯辊进给速度优选为0.5～1.5mm/s。在本发明中，所述第一轧制用模具的温度优选为300～400℃，更优选为340～360℃。

本发明对所述预轧件的尺寸没有特殊的限定，根据产品所需尺寸进行调整即可。在本发明中，所述预轧件的外径优选为480～800mm，更优选为500～783mm。在本发明中，所述预轧件的内径优选为270～550mm，更优选为280～545.6mm。在本发明中，所述预轧件的高度优选为120～190mm，更优选为125～185mm。

得到预轧件后，本发明将所述预轧件在1020～1040℃进行第二轧制，得到中轧件。在本发明中，所述第二轧制的温度优选为1025～1035℃。在本发明中，所述第二轧制的变形量优选为20～30％，更优选为22～28％，最优选为24～26％。在本发明中，所述第二轧制的芯辊进给速度优选为0.5～1.5mm/s。在本发明中，所述第二轧制用模具的温度优选为300～400℃，更优选为340～360℃。

本发明对所述中轧件的尺寸没有特殊的限定，根据产品所需尺寸进行调整即可。在本发明中，所述中轧件的外径优选为600～1000mm，更优选为610～977.2mm。在本发明中，所述中轧件的内径优选为440～800mm，更优选为450～794.2mm。在本发明中，所述中轧件的高度优选为120～185mm，更优选为125～180mm。

得到中轧件后，本发明将所述中轧件在1020～1040℃进行第三轧制，得到终轧件。在本发明中，所述第三轧制的温度优选为1025～1035℃。在本发明中，所述第三轧制的变形量优选为10～15％，更优选为12～13％。在本发明中，所述第三轧制的芯辊进给速度优选为0.5～1.5mm/s。在本发明中，所述第三轧制用模具的温度优选为300～400℃，更优选为340～360℃。

本发明对所述终轧件的尺寸没有特殊的限定，根据产品所需尺寸进行调整即可。在本发明中，所述终轧件的外径优选为860～970mm，更优选为877～958mm。在本发明中，所述终轧件的内径优选为760～800mm，更优选为773～798mm。在本发明中，所述终轧件的高度优选为110～180mm，更优选为115～175mm。

为去除锻造后工件表面的杂质，本发明优选在第三轧制完成后，将所述第三轧制得到的产物进行粗加工，得到终轧件。本发明对所述粗加工的操作没有特殊的限定，根据产品所需形状进行选择即可。

得到终轧件后，本发明将所述终轧件进行热处理，得到GH4169合金环件。在本发明中，所述热处理优选包括：将所述终锻件进行固溶处理后，再进行双时效处理。

本发明对所述固溶处理和双时效处理的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的GH4169合金固溶和时效处理的技术方案即可。本发明优选按照热处理手册中规定的GH4169合金固溶和时效处理标准进行热处理。在本发明中，所述固溶处理的温度优选为965～975℃，更优选为968～972℃；所述固溶处理的保温时间优选为0.8～1.2h；所述固溶处理的冷却方式优选为空冷。

在本发明中，所述双时效处理的一级时效温度优选为715～725℃，更优选为718～722℃；所述一级时效时间优选为7.8～8.2h；所述一级时效冷速为45～55℃/min。在本发明中，所述双时效处理的二级时效温度为615～625℃，更优选为618～622℃；所述二级时效时间优选为7.8～8.2h；所述二级时效的冷却方式优选为空冷。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的GH4169合金环件，微观组织为6级匀晶，表层残余应力绝对值低于250MPa。本发明对所述GH4169合金环件的尺寸没有特殊的要求，根据所需产品的规格进行调整即可。在本发明中，所述GH4169合金环件的外径优选为860～970mm，更优选为877～958mm；，所述GH4169合金环的内径优选为760～800mm，更优选为773～798mm；所述GH4169合金环的高度优选为110～180mm，更优选为115～175mm。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的GH4169合金环件及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1:

将GH4169合金坯料在1040℃温度下进行镦饼得到饼坯，模具温度为260℃，变形量为45％，变形速率为5mm/s。

在1040温度下进行冲孔得到环坯，模具温度为260℃，冲孔过程在液压机上进行，液压机下压速度为10mm/s；环坯的结构尺寸图如图2所示，环坯的外径为448mm，内径为198mm，高度为130mm。

轧制过程分为三个部分，即第一轧制、第二轧制和第三轧制过程，三次轧制过程中所用温度均为为1020℃，模具温度均为300℃；第一轧制的变形量为12％，芯辊的进给速度为1mm/s；预轧件的结构尺寸图如图3所示，预轧件的外径为500mm，内径为280mm，高度为185mm。

第二轧制的变形量为27％，芯辊的进给速度为1mm/s；中轧件的结构尺寸图如图4所示，中轧件的外径为610mm，内径为450mm，高度为125mm。

第三轧制变形量为10％，芯辊的进给速度为1mm/s；终轧件的结构尺寸图如图5所示，终轧件的外径为877mm，内径为773mm，高度为115mm。

终轧件进行粗加工后进行固溶处理，在970℃温度下保温1h后空冷；

固溶后进行时效处理，在720℃小保温8h后以50℃/h的冷却速度冷至620℃保温8h后空冷，得到GH4169合金环件。

GH4169合金坯料的显微组织图如图1所示，可以看出，GH4169合金坯料的晶粒度为6级匀晶；

本实施例中制备的GH4169合金环件的显微组织图如图6所示，可以看出，GH4169合金环件为6级匀晶；

本实施例中制备的GH4169合金环件外端面残余应力雷达图如图7所示，可以看出，GH4169合金环件表层残余应力绝对值低于250MPa。

实施例2:

将实施例1中相同的GH4169合金坯料在1020℃温度下进行镦饼得到饼坯，模具温度为300℃，变形量为45％，变形速率为5mm/s。

在1020℃温度下进行马架扩孔得到环坯，模具温度为300℃；环坯的结构尺寸图如图8所示，环坯外径为685mm，内径为430mm，高度为185mm。

轧制过程分为三个部分，即第一轧制、第二轧制和第三轧制过程，三次轧制过程中所用温度均为为1020℃，模具温度均为400℃；第一轧制的变形量为19.05％，变形速率为；预轧件的结构尺寸图如图9所示，预轧件外径为783mm，内径为545.6mm，高度为185mm。

第二轧制的变形量为23.69％，芯辊的进给速度为1mm/s；中轧件的结构尺寸图如图10所示，终轧件外径为977.2mm，内径为794.2mm，高度为180。

第三轧制变形量为15％，芯辊的进给速度为1mm/s；终轧件的结构尺寸图如图11所示，终轧件外径为958mm，内径为798mm，高度为175mm。

终轧件进行粗加工后进行固溶处理，在970℃温度下保温1h后空冷；

固溶后进行时效处理，在720℃小保温8h后以50℃/h的冷却速度冷至620℃保温8h后空冷，得到GH4169合金环件。

本实施例中制备的GH4169合金环件的显微组织图如图12所示，可以看出，GH4169合金环件为6级匀晶；

本实施例中制备的GH4169合金环件外端面残余应力雷达图如图13所示，可以看出，GH4169合金环件表层残余应力绝对值低于250MPa。

由以上实施例可以看出，本发明提供的GH4169合金环件微观组织为6级匀晶，表层残余应力绝对值低于250MPa。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。