一种高温合金锻件锻造拔长方法与流程

本发明涉及一种锻造技术领域，特别是一种能够提高航空发动机用的高温合金轴类锻件或盘杆一体锻件杆部晶粒均匀性的锻造拔长方法。

背景技术：

轴类件或盘杆一体件在汽车、航空航天、船舶等制造领域应用十分广泛，材料涵盖结构钢、钛合金、高温合金等。轴类件、盘轴一体件的锻造成形都离不开拔长。拔长是使金属横截面积减小、长度增长的基本锻造工序。其中，轴类锻件成形其主要工艺流程为：下料→加热→锻造拔长；盘轴一体锻件成形的主要工艺流程为：下料→加热→成形杆部(锻造拔长)→成形盘部。平砧(打击面为平面的锤砧)是锻造最简单最常用的工具，但在平砧上进行锻造拔长一个显著的缺点就是锻件杆部晶粒的均匀性难以控制。经分析，这种缺陷主要是由于变形不均匀造成的，与锻造的方法有关。图1为典型的圆形截面棒料平砧拔长过程原理示意图，参见图1所示，坯料在上下锤砧之间进行锻打并不断地翻转，截面由最初圆形截面锻压成方形截面，然后进行四方拔长，最后又通过倒棱和滚圆变成圆形截面。成形过程中，棒料截面尺寸减小，长度方向伸长。图2为图1中四方拔长阶段横截面变形分布原理示意图，参见图2所示，由于平砧与锻件坯料表面存在摩擦，摩擦力影响了应力的分布，造成不同区域变形程度不均匀。按变形量大小依次可分为易变形区i、自由变形区ii和难变形区iii。其中难变形区iii变形量极小，自由变形区ii变形量较小，易变形区i变形量最大。变形的不均匀影响动态再结晶过程，从而影响晶粒的均匀性，尤其是自由变形区ii和难变形区iii，变形量很容易落入金属的临界变形区，造成晶粒的异常长大，加大晶粒的不均匀性，从而可能对最终锻件质量产生影响。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种高温合金锻件锻造拔长方法，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高温合金锻件锻造拔长方法，其用于锻造直径为d1，长度为l1的圆柱结构锻件，其包括如下步骤：

步骤a，截取坯料置于加热炉中加热并保温，所截取的坯料为圆柱结构，直径为d0、长度为l0。

步骤b，提供一个模具，所述模具由对称设置的上模和下模组合而成，组合形成的所述模具包括一个棱形型槽和一个圆弧形型槽，所述棱形型槽的顶部和底部对称设置有向内的弧形凸起，将步骤a保温后的坯料利用所述模具进行拔长，第一阶段，在所述棱形型槽内，对坯料首先按90°螺旋翻转进料进行锻压，锻件轴向每次送进的长度等于模具厚度b，高度由d0压至由此将圆形截面锻压成由多段圆弧和直线组成的多边形截面。第二阶段，在所述棱形型槽内，将坯料按45°螺旋翻转进料进行锻压，锻件轴向每次送进的长度等于模具厚度b，高度由压至d1，得由更多圆弧和直线段组成的多边形截面。最后，在圆弧形型槽中将多边形截面滚压成圆形截面，使直径为d1。完成所述锻件的锻造。

优选地，在步骤a中，所截取的坯料的尺寸满足如下条件:

d0同时满足和的条件，此外d0²/d1²的值小于3。之后根据等体积换算获得l0的数值。

优选地，在步骤a中，所截取的坯料的尺寸满足如下条件：d0＝1.5d1，

优选地，在步骤b中，所述弧形凸起的尺寸按照如下公式计算：

上式中

α为所述棱形型槽的包角。

优选地，α在110-140°范围内选取。

优选地，α设置为120°。

优选地，在步骤b中，所述模具的厚度b＝(0.4～0.8)d0，。

优选地，在步骤a中，所述坯料置于加热炉中加热的温度和保温的时间根据所使用的材料的锻造技术规范进行选择。

优选地，在步骤b中，所述棱形型槽和所述圆弧形型槽分别在与所述模具的前后两个端面的连接处设置有过渡圆角r。

优选地，所述过渡圆角r按锻模设计的一般规范要求设计。

本发明所提供的一种高温合金锻件锻造拔长方法，在拔长过程中轴/杆这样的锻件的横截面不会再有明显的“难变形区”，因此也就能显著提高材料变形的均匀性，从而达到提高晶粒均匀性的目的。此外，采用本发明的锻造拔长方法，变形能够深入坯料芯部，使芯部有较大的变形，有利于消除芯部的显微组织缺陷。综上所述，本发明相对于现有工艺，具有明显的技术效果，克服了现有工艺中存在的缺陷。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1图1为典型的圆形截面棒料平砧拔长过程原理示意图；

图2为图1中四方拔长阶段横截面变形分布原理示意图；

图3为根据本发明的一个具体实施例的一种高温合金锻件锻造拔长方法的流程原理示意图；

图4为图3的模具的结构原理示意图；

图5为图3的坯料和锻件的结构原理示意图；

图6为图4的模具的立体结构原理示意图；

图7为采用图3所示流程对锻件拔长后锻件横截面等效应变分布原理示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

图3为根据本发明的一个具体实施例的一种高温合金锻件锻造拔长方法的流程原理示意图；图4为图2的模具的结构原理示意图；其中左侧为主视结构示意图，右侧为左侧的a-a和b-b剖面结构示意图，在图4中所标识的xy坐标方向用于标示左侧的主视结构示意图的坐标系，5为图3的坯料和锻件的结构原理示意图；图6为图4的模具的立体结构原理示意图。参见图3-6所示，本发明提供了一种高温合金锻件锻造拔长方法，所述锻件为圆柱结构，直径为d1，长度为l1，所述方法包括如下步骤：

步骤a，截取坯料置于加热炉中加热并保温，所截取的坯料为圆柱结构，直径为d0、长度为l0，所截取的坯料的尺寸满足如下公式:

d0首先应同时满足和的临界条件，这样可使每次锻压的变形量都超过金属动态再结晶所需的临界变形量。在此基础上，d0²/d1²的值应小于3.0。最后根据等体积换算获得l0的数值，例如当d0＝1.5d1时，

所述坯料置于加热炉中加热的温度和保温的时间可根据所使用的材料的锻造技术规范进行选择。

步骤b，提供一个模具，所述模具由对称设置的上模和下模组合而成，组合形成的所述模具包括一个棱形型槽和一个圆弧形型槽，如图4中“根据参数方程计算”的标识所示，所述棱形型槽的顶部和底部对称设置有向内的弧形凸起，所述弧形凸起的尺寸按照如下公式计算：

上式中

α为所述棱形型槽的包角(α在110-140°范围内选取，在一个优选实施例中，α设置为120°)；

所述模具的厚度b＝(0.4～0.8)d0，；所述棱形型槽和所述圆弧形型槽与所述模具的前后两个端面的过渡圆角r按锻模设计的一般规范要求设计即可。

将步骤a保温后的坯料利用所述模具进行拔长，第一阶段，在所述棱形型槽内，对坯料首先按90°螺旋翻转进料进行锻压，锻件轴向每次送进的长度等于模具厚度b，高度由d0压至由此将圆形截面锻压成由多段圆弧和直线组成的多边形截面。第二阶段，在所述棱形型槽内，将坯料按45°螺旋翻转进料进行锻压，锻件轴向每次送进的长度等于模具厚度b，高度由压至d1，得由更多圆弧和直线段组成的多边形截面。最后，在圆弧形型槽中将多边形截面滚压成圆形截面，使直径为d1。完成所述锻件的锻造。

图7为采用图3所示流程对锻件拔长后锻件横截面等效应变分布示意图，参见图7所示，采用本发明所提供的上述锻造拔长方法，拔长过程中轴/杆这样的锻件的横截面不会再有明显的“难变形区”，因此也就能显著提高材料变形的均匀性，从而达到提高晶粒均匀性的目的。此外，采用本发明的锻造拔长方法，变形能够深入坯料芯部，使芯部有较大的变形，有利于消除芯部的显微组织缺陷。综上所述，本发明相对于现有工艺，具有明显的技术效果，克服了现有工艺中存在的缺陷。

本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。