环状成形体的制造方法_3

文档序号:9475449阅读:来源:国知局
式中,环乳设备30包括:主辊40,其配置在环状中间体20 的外周侧;芯辊50,其配置在环状中间体20的内周侧;以及一对轴向辊31、32,其在轴线0 方向上均与环状中间体20的端面(在本实施方式中,为基部21的上表面和下表面)接触。
[0076] 主辊40和芯辊50被配置成它们的转动轴线彼此平行,并且被构造成在环状中间 体20沿周向转动时,分别从环状中间体20的外周侧和内周侧夹持环状中间体20且对环状 中间体20加压,并且对环状中间体20进行乳制。
[0077] -对轴向辊31、32被构造成在轴线0方向上夹持环状中间体20并对环状中间体 20加压,并且控制环状中间体20的高度方向上的尺寸。
[0078] 如图6所示,主辊40的外周部配置有能够收纳环状中间体20的一部分的收纳凹 部41,并且在本实施方式中,收纳凹部41具有足够收纳环状中间体20的外侧凸部23、基部 21以及内侧凸部22的外周部分的深度。此外,在该收纳凹部41的底部41A,用于成型环状 成形体10的外侧凸条部13的第一成型槽42形成为相对于主辊40沿径向向内(图6中的 右方)凹陷的槽。第一成型槽42具有与待成型的外侧凸条部13的突出高度相等的深度。
[0079] 另一方面,芯辊50的外周部配置有接合部51,接合部51能够在收纳凹部41内部 与主辊40接合,同时在接合部51的外周面,用于成型环状成形体10的内侧凸条部12的第 二成型槽52形成为相对于芯辊50沿径向向内(图6中的左方)凹陷的槽。第二成型槽52 具有与待被成型的内侧凸条部12的突出高度相等的深度。
[0080] 以使如上述构造的主辊40和芯辊50彼此靠近的方式操作主辊40和芯辊50,由此 环状中间体20夹持在主辊40与芯辊50之间并在主辊40与芯辊50之间对环状中间体20 加压。具体地,在主辊40绕着主辊40的转动轴线转动时主辊40和芯辊50彼此靠近,由此, 归因于环状中间体20与主辊40之间产生的摩擦阻力使环状中间体20绕着轴线0转动。
[0081] 另一方面,芯辊50被构造成能够绕着芯辊50的转动轴线转动,并且归因于环状中 间体20与芯辊50之间产生的摩擦阻力而使芯辊50从动转动。环状中间体20在被填入收 纳凹部41内部、主辊40的第一成型槽42内部以及芯辊50的第二成型槽52内部时会塑性 变形,由此成型了环状成形体10。在该变形中,环状成形体10的内侧凸条部12沿着第二成 型槽52的形状塑性变形。另外,外侧凸条部13沿着第一成型槽42的形状塑性变形。
[0082] 通过以上述方式执行环乳,环状中间体20以沿周向延伸的方式塑性变形,从而使 环状中间体20的内径和外径增大,由此制得了图7所示的环状成形体10。
[0083] 在该环乳步骤S4中,环状成形体10的周向的应变的绝对值ε Θ 2被赋予为0. 5或 更大。具体地,执行至少一次或多次热乳,以将应变绝对值ε Θ2的总和设定在0.5至1.3 的范围内。
[0084] (热处理步骤S5/机加工步骤S6)
[0085] 通过热处理对以上述方式制得的环状成形体10进行性能调整,通过切削加工将 该环状成形体10成型为最终形状,以待成形为航空器用发动机的涡轮盘。
[0086] 根据本实施方式的上述环状成形体的制造方法,在用于通过对坯锭进行锻造来制 得锻造体的锻造步骤S2中,应变速度为0. 5s 1或更小,由此,能够防止归因于加工热而可能 发生的锻造体的内部温度过度升高(被称作"热积累"的现象)。因此,能够在锻造期间将 锻造体的表面温度与锻造体的内部温度之间的差控制得小,由此能够使锻造体的结构均匀 化。为了可靠地获得这些效果,优选的是,将锻造步骤S2中的应变速度设定为0. 15s 1或更 小。
[0087] 另外,因为在锻造步骤S2中,周向的应变的绝对值ε Θ 1被设定为〇. 3或更大的 高值,所以能够减小在环乳步骤S4中待赋予环状中间体20的周向的应变量之比。此外,因 为高度方向的应变的绝对值ε h被设定为0. 3或更大的高值,所以在环乳步骤S4中,能够 足够地赋予、否则就难以赋予的高度方向的应变量。因而,能够减小环乳步骤S4中的加工 率,在提高了环状成形体10的强度性能的各向同性的同时,抑制了各向异性,结果,能够获 得确保了足够均匀性的微细结晶结构。
[0088] 此外,因为周向的应变的绝对值ε Θ 1与高度方向的应变的绝对值ε h之间的比 ε h/ ε Θ 1被设定为〇. 4或更大的高值,所以能够确保在高度方向上待赋予足够的应变的 比,结果,即使在随后的环乳步骤S4中不能在高度方向上赋予足够的应变,也能够确保结 构的均匀性。另外,因为比eh/ε θ 1为2. 5或更小,所以在高度方向上的分配不会过多, 因而,塑性流动是稳定的,由此能够确保对于赋予均匀性不可或缺的塑性流动的轴对称性。 优选的是,应变的绝对值之间的比ε h/ ε Θ 1为〇. 6至2. 1。因此,能够提高塑性流动的轴 对称性,因而,能够更可靠地确保结构的均匀性。
[0089] 此外,在本实施方式中,因为在锻造步骤S2中,在周向上待赋予的应变量的绝对 值ε Θ1被设定为0.3或更高,并且在沿着锻造体的轴线的高度方向上待赋予的应变量的 绝对值ε h被设定为0. 3或更高,所以能够防止归因于加工热的锻造体的内部温度上升而 可能发生的晶粒的粗化。
[0090] 此外,因为在环乳步骤中,执行了对环状成形体10赋予绝对值ε Θ 2为0. 5或更 大的周向的应变的热乳,所以将环状成形体10的产品区域中的晶粒确保地微细化成ASTM 结晶粒度编号至少为8。因此,可靠地提高了从环状成形体10获得的产品的机械强度。注 意,优选的是,ε Θ 2为1.3或更小。另外,优选地,环状成形体10的结晶粒度的ASTM结晶 粒度编号为8至13。因而,能够可靠地提高从环状成形体10获得的产品的机械强度。
[0091] 因为沿着包括环状成形体10的轴线0的方向的截面内的产品区域中的结晶粒度 差在ASTM结晶粒度编号±2的范围内,所以确保了环状成形体10的径向和高度方向的结 晶粒度的足够均匀性。
[0092] 而且,因为在锻造步骤中,如上所述地赋予了大应变量,所以能够将锻造体的结晶 粒度微细化成ASTM结晶粒度编号至少为7。因而,能够在减小随后的环乳步骤中待赋予的 应变量的同时,使环状成形体10的结构微细化。
[0093] 另外,因为在成型环状中间体20之后执行了环乳,使得环状中间体20的径向厚度 T与高度H之间的比T/Η在0. 6至2. 3的范围内,所以能够将环状成形体10的沿着周向的 相互等效位置处的结晶粒度之间的差减小至ASTM结晶粒度编号± 1. 5的范围内。换言之, 对于通过成型环状中间体20所获得的环状成形体10,能够确保周向的结晶粒度的足够高 的均匀性。
[0094] 具体地,已经知晓,在作为局部加工的环乳中,与常规的部分锻造不同地连续执行 加工,因而,成型之后的结构的轴对称性高,因此,环状成形体10的周向的材料特性偏差 小。因此,在本实施方式中,通过在环乳之前将环状中间体20的上述比T/Η设定在上述范 围内,能够进一步改善已成型的环状成形体10的形状(圆度),从而能够进一步提高已成型 的环状成形体10的结构的轴对称性。
[0095] 换言之,因为上述比T/Η被控制在0. 6至2. 3的范围内,所以能够获得对赋予均匀 性不可或缺的乳制稳定性。具体地,在比T/Η小于0. 6的区域中,乳制时使用的两个辊(主 辊40和芯辊50)与材料之间的接触面积大,因而,相对地增强了放热影响的程度,结果,难 以获得周向的均匀性。相比之下,当比T/Η较高时,较易于发生弯曲(buckle)。具体地,在 比T/Η高于2. 3的区域中,上述倾向变得较高,由此难以获得周向的均匀性。
[0096] 如上所述,作为本实施方式的环状成形体的制造方法,能够以可靠的方式和低成 本制得确保了结构均匀性且机械强度足够高的环状成形体。
[0097] 本发明不限于上述实施方式,而是还能够通过不超出本发明主旨范围的各种变型 和改变来进行实施。
[0098] 例如,环状成形体10和环状中间体20的形状不限于本实施方式,而是能够在考虑 诸如待制得的涡轮盘等的环状产品的形状的基础上对设计进行必要地变型。
[0099] 环状成形体10和环状中间体20由上述Ni基合金Alloy718构成;然而,环状成形 体10和环状中间体20的材料不限于此,环状成形体10和环状中间体20还可以由其它材 料(例如,Waspaloy (注册商标)(United Technology Inc.)、Alloy720、Co 基合金和 Fe 基 合金)构成。
[0100] 在上述实施方式中,对用于Ni基合金Alloy718的熔融金属进行熔炼,并且通过铸 造来制得坯锭,但是本发明不限于此。可选地,可以通过粉末成型来制得坯锭,然后对制得 的坯锭进行锻造步骤和环乳步骤。
[0101] 此外,可选地,可以代替通过上述三重熔融制得坯锭通过二重熔融(V頂+ESR或者 V頂+VAR)来制得坯锭。
[0102] 本实施方式包括用于通过使用水刀在圆板状锻造体的中央部形成通孔的穿孔步 骤,但是本发明不限于此。可选地,可以通过除了水刀以外的手段来形成通孔。进一步可选 地,可以在锻造时形成通孔,因而,可以省略穿孔步骤。再进一步可选地,可以通过使用水刀 等在锻造步骤的过程中执行穿孔。
[0103] 另外,为了赋予环状成形体10形状或调整环
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