专利名称：一种大规格高温合金圆饼的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种冶金行业高温合金圆饼的制备方法，尤其涉及一种难 变形高温合金圆饼的制备方法。
背景技术：
高温合金是现代航空、航天发动机所必需的重要金属材料。它能在高温环境(一般指60(TC 90(TC)、氧化气氛和燃气腐蚀条件下，承受较大 应力并长期使用。高温合金根据其合金元素的含量可以初步确定该合金的 变形抗力和锻造加工塑性。通常合金化程度低的高温合金其加工变形抗力低，有良好的锻造加工 塑性，也比较容易变形加工；而合金化程度高的高温合金变形抗力大，热 加工塑性差，不易锻造加工，这些高合金化不易锻造的合金通常被称为难 变形高温合金。GH105合金就属于难变形高温合金。GH105合金是一种高 温合金的名称代号，该合金主要用于制造先进航空发动机的叶片、密封件、 紧固件等关键部件，是国内新型先进航空发动机的重要用材。我国生产的新一代航空发动机中的部分零部件就是利用GH105高温 合金圆饼制造出来的。GH105合金是镍基高温合金，通常镍基变形高温合金A1 、 Ti两元素 的含量之和在5.0。/。以上和y'强化相(一种金属间化合物)析出量在30% 以上就属于难变形高温合金。而GH105合金中A1、 Ti两元素的含量之和 在5.68 6.4%之间，热处理时效后在奥氏体基体上析出的V强化相的析 出量可达到合金体积的45%以上，同时还含有Cr、 Co、 Mo等固溶强化元 素。因此GH105合金热加工变形抗力非常强，并且热加工塑性非常差。GH105合金的使用温度可达90(TC左右，它具有良好的高温强度、抗 疲劳蠕变和抗高温氧化腐蚀等综合性能。但由于该合金的合金化程度高， 变形抗力大，热加工塑性差，可热加工变形的温度范围在1050°C 1140 。C之间，范围较窄，温度一旦超出该区间，锻造钢锭便会严重开裂。用常 规锻造方法来生产该高温合金很难保证质量。 目前国内高温合金圆饼的制备工艺是(1) 采用真空感应炉+真空自耗炉重熔的冶炼工艺，冶炼出直径》0360mm的自耗锭；(2) 采用快锻机等锻压设备，将该大锭型的自耗锭加热拔长为较细 的合金圆棒，拔长比大于3;(3) 将合金圆棒表面进行机加工剥皮，使其表面无缺陷；(4) 圆棒定尺下料，即根据圆饼的尺寸，将合金圆棒截成尺寸合适 的小圆棒，合金圆棒的高径比在2.0 2.5之间；(5) 坯料加热，将定尺截下的小圆棒坯料在一定的加热工艺下加热；(6) 镦饼将按照上述加热工艺加热之后的坯料转移到压机上，然后镦压到所需的规格。(7) 后续处理。对镦好的毛坯圆饼进行机加工、热处理以及性能测试等。上述常规工艺能够制造大规格的非难变形高温合金圆饼，而不能制造难变形高温合金的大规格圆饼，原因如下用上述工艺方法无法冶炼直径为360mm的GH105合金自耗锭； 即使能够成功的冶炼出直径为360mm以上的自耗锭，则该尺寸的自耗 锭的拔长工序也难以完成，因为GH105合金的合金化成度高，非常难变 形，需要多火次、多工序，同时在拔长时很容易开裂；合金热加工变形温度范围较窄，在105(TC 114(TC之间，在转移、镦 饼过程中温降太快，容易产生开裂，导致报废；在镦饼过程中不能保证总段比大于6，同时也不能改善合金锭的偏析程 度，也不能改善合金的热加工塑性。发明内容本发明的目的在于提供一种适于生产难变形高温合金圆饼的制备方 法，通过对现有制造工艺的改进，生产出难变形大规格的高温合金圆饼。为达上述目的，本发明的制备方法具体步骤如下(l)用真空感应炉冶炼电极棒，在合金冶炼时加入一定量的微量元素 Mg;(2) 电极棒表面磨光，将电极棒头部的冒口去除；(3) 将磨光、去除冒口后的电极棒利用真空自耗炉重熔出自耗锭；(4) 自耗锭冷却脱锭后，进行均匀化扩散退火处理；(5) 自耗锭表面车光；(6) 将自耗锭尾部切去约20mm 30mm，从自钢锭尾部处定尺下料，下 料后坯料的高径比为2.5 2.7;(7) 对坯料进行包套，对包套好的坯料加热；(8) 镦饼；(9) 冷却；(10) 机加工。其中，在合金冶炼时加入的微量元素Mg占合金总重量的的重量百分 比为0.004%，加入Mg可以改善合金的热加工塑性，提高合金的高温晶 界强度和综合力学性能。将磨光、去除冒口的电极棒利用真空自耗炉重熔出自耗锭，每炉自耗 锭重量大于170Kg;这种小锭型冷却速度快，结晶状态好，减少了热应力 和组织转变应力，可有效防止大钢锭冶炼开裂的问题。自耗锭冷却脱锭后，对其进行均匀化扩散退火处理，使合金减少偏析， 提高其热加工塑性。在加热炉内的温度《70(TC时将自耗锭放入炉中，然 后开始升温，从70(TC上升到1160士10。C至少需要6个小时；炉温达到1160 士1(TC时，保持温度不变，至少加热8小时；接下来再开始升温，从1160 土1(TC上升到ll卯士l(TC至少需要1个小时，当温度达到1190士1(TC时， 再保持温度不变，加热至少15个小时。整个加热过程要严格按照加热工 艺进行，升温时要以匀速升温，炉温偏差最多不超过2(TC。自耗锭尾部切除20 30mm，如果切除的少，有可能使自耗锭尾部的缺 陷部分没有去除干净，最终使成品圆饼的性能不合格；而切除的太多，则 没有必要，造成浪费。本发明将坯料的高径比为2.5 2.7，弥补了拔长比为零的不足，尽可 能使锻比达到6左右，不影响合金的组织性能。对坯料进行包套将普碳钢钢管套在坯料上，然后再将同钢种、同厚度的普碳钢圆形钢板焊接在钢管的两端面封盖，焊接处密实牢固，同时在封盖钢板上留有直径为cb20mm左右的圆孔，以防止在锻压时气体膨胀导 致钢套爆裂。对包套好的坯料进行加热，在炉温小于等于70(TC时将坯料放入炉中， 然后开始升温，从70(TC上升到900士20。C至少需要3个小时；炉温达到 900士2(TC时，保持温度不变，至少加热1小时；接下来再开始升温，从 900士2(TC上升到1140士10。C至少需要4个小时，当温度达到1140±10°C 时，再保持温度不变，加热至少3个小时。整个加热过程要严格按照加热 工艺进行，升温时要以匀速升温，炉温偏差最多不超过2(TC。墩饼时将坯料迅速从炉体内转移到锻压机上，调整好位置之后下压， 镦至原高度1/2时，再将坯料翻转180°锻至毛坯圆饼高度，整个镦饼过 程一火完成。为了便于后续加工，在镦饼过程中尽可能使毛坯圆饼的外圆 呈鼓形，两端面尽可能平整，因为如果毛坯圆饼的外形圆呈鼓形，机加工 时车削量比较小，成材率高，节约成本。此外，终锻温度必须^105(TC,如果小于105(TC，在锻打时会使坯料 产生严重的开裂现象，造成坯料报废。冷却采用的是锻后空冷，锻后空冷是指在坯料被镦成所需尺寸的圆饼 之后，将圆饼直接转移到空地放置，暴露在空气中自然冷却。镦好的毛坯圆饼件表面状态较差，同时为了去除表面的钢套，须对圆 饼毛坯件进行机加工处理，对外圆以及端面进行车光，车光后表面平整、 无打磨。本发明的制备方法不改变现有装备，对现有的常规工艺方法进行了工 艺改进对电极棒表面的处理；钢锭不经过拔长变形而是直接定尺下料; 提高了坯料高径比；增加了坯料包套技术，生产出的大规格难变形合金圆 饼产品合格率高。 说明书附1为本发明中自耗锭均匀化扩散退火处理工艺图。 图2为本发明中坯料加热工艺图。
具体实施例方式
下面通过具体实施例来说明本发明的制备方法。 实施例1l.利用真空感应炉冶炼出4> 125 X 1820mm的电极棒，同时在合金冶炼 时加入占合金总重量的0.004%的微量元素Mg。2. 将电极棒表面利用剥皮机等设备磨光，且将电极棒头部的冒口切除 干净；3. 将磨光、去冒口的电极棒利用我厂的42# 2.5吨真空自耗炉重熔出O 170mm的自耗锭;4. 对自耗锭进行均匀化扩散退火处理，处理工艺见图l所示；5. 利用车床将O170mm自耗锭车光到O 155mm，以去除黑皮和表面裂 纹等缺陷；6. 定尺下料将车光后的自耗锭尾部切去20 30mm长，然后自尾部 定尺下料，下料的规格为0 155x410mm，坯料的高径比为2.65。7. 对坯料进行包套将内径为(J)160mm、壁厚8mm、长约420mm的 普炭钢管套在坯料上，然后再将同钢种、同厚度、直径4)176mm的钢板焊 接在钢管的两端面封盖，同时封盖钢板上留直径为20mm的孔；对包套好 的坯料进行加热，加热工艺见图2所示。对包套好的坯料进行加热，在炉 温小于等于70(TC时将坯料放入炉中，然后开始升温，从70(TC上升到卯0 士2(TC至少需要3个小时；炉温达到900土2(TC时，保持温度不变，至少 加热l小时；接下来再开始升温，从900士2(TC上升到1140士1(TC至少需 要4个小时，当温度达到1140士1(TC时，再保持温度不变，加热至少3个 小时。整个加热过程要严格按照加热工艺进行，升温时要以匀速升温，炉 温偏差最多不超过2(TC。8. 墩饼坯料按照图2的工艺加热之后，迅速从炉体内转移到锻压机 上， 一火(合金从坯料到成品的这个工程中，坯料只加热了一次叫一火， 加热了两次叫两火)将坯料镦压到高80mm，，在镦饼过程中尽可能使坯 料的外圆呈鼓形，两端面尽可能平整，终锻温度》105(TC;9.冷却锻后空冷，并且作好标记；IO.机加工镦好的圆饼毛坯件表面状态较差，同时为了去除表面的钢套，须对毛坯圆饼进行机加工处理，对外圆以及端面都要车光，车光后的
成品尺寸为0345x50mm。 实施例21. 利用真空感应炉冶炼出4) 125X 1820mm的电极棒，同时在合金冶炼 时加入占合金总重量的0.004%的微量元素Mg。2. 将电极棒表面利用剥皮机等设备磨光，且将电极棒头部的冒口切除 干净；3. 将磨光、去冒口的电极棒利用我厂的42# 2.5吨真空自耗炉重熔出cD 170mm的自耗锭；4. 对自耗锭进行均匀化扩散退火处理，处理工艺见图l所示；5. 利用车床将0 170mm自耗锭车光到O 155mm,以去除黑皮和表面裂 纹等缺陷；6. 定尺下料将车光后的自耗锭尾部切去20 30mm长，然后自尾部 定尺下料，下料的规格为0 155x388mm，坯料的高径比为2.5。7. 对坯料进行包套将内径为巾160mm、壁厚8mm、长约400mm的 普炭钢管套在坯料上，然后再将同钢种、同厚度、直径4)176mm的钢板焊 接在钢管的两端面封盖，同时封盖钢板上留直径为20mm的圆孔；对包套 好的坯料进行加热，加热工艺见图2所示。在炉温小于等于70(TC时将坯 料放入炉中，然后开始升温，从70(TC上升到900士20。C至少需要3个小 时；炉温达到900土2(TC时，保持温度不变，至少加热1小时；接下来再 开始升温，从900士2(TC上升到1140士1(TC至少需要4个小时，当温度达 到1140土1(TC时，再保持温度不变，加热至少3个小时。整个加热过程要 严格按照加热工艺进行，升温时要以匀速升温，炉温偏差最多不超过20 。C。8. 墩饼坯料按照图2的工艺加热之后，迅速从炉体内转移到锻压机上， 一火(合金从坯料到成品的这个工程中，坯料只加热了一次叫一火，加热了两次叫两火)将坯料镦压到高75mm在镦饼过程中尽可能使坯料的 外圆呈鼓形，两端面尽可能平整，终锻温度^105(TC;9.冷却锻后空冷，并且作好标记； IO.机加工镦好的圆饼毛坯件表面状态较差，同时为了去除表面的钢套，须对圆饼毛坯件进行机加工处理，对外圆以及端面都要车光，车光后
的成品尺寸为^345x50mm。 实施例31. 利用真空感应炉冶炼出4) 125X 1820mm的电极棒，同时在合金冶炼 时加入占合金总重量的0.004%的微量元素Mg。2. 将电极棒表面利用剥皮机等设备磨光，且将电极棒头部的冒口切除 干净；3. 将磨光、去冒口的电极棒利用我厂的42#2.5吨真空自耗炉重熔出O 170mm的自耗锭；4. 对自耗锭进行均匀化扩散退火处理，处理工艺见图l所示；5. 利用车床将O170mm自耗锭车光到O 155mm，以去除黑皮和表面裂 纹等缺陷；6. 定尺下料将车光后的自耗锭尾部切去20 30mm长，然后自尾部 定尺下料，下料的规格为0 155x420mm，坯料的高径比为2.7。7. 对坯料进行包套将内径为cj) 160mm、壁厚8mm、长约430mm的 普炭钢管套在坯料上，然后再将同钢种、同厚度、直径4)176mm的钢板焊 接在钢管的两端面封盖，同时封盖钢板上留直径为20mm的孔；对包套好 的坯料进行加热，加热工艺见图2所示。在炉温小于等于70(TC时将坯料 放入炉中，然后开始升温，从700。C上升到900士2(TC至少需要3个小时； 炉温达到900士2(TC时，保持温度不变，至少加热1小时；接下来再开始 升温，从900士2(TC上升到1140土10。C至少需要4个小时，当温度达到1140 土1(TC时，再保持温度不变，加热至少3个小时。整个加热过程要严格按 照加热工艺进行，升温时要以匀速升温，炉温偏差最多不超过20。C。8. 镦饼坯料按照图2的工艺加热之后，迅速从炉体内转移到锻压机 上， 一火(合金从坯料到成品的这个工程中，坯料只加热了一次叫一火， 加热了两次叫两火)将坯料镦压到高82mm，在镦饼过程中尽可能使坯料 的外圆呈鼓形，两端面尽可能平整，终锻温度》105(TC;9.冷却锻后空冷，并且作好标记； IO.机加工镦好的圆饼毛坯件表面状态较差，同时为了去除表面的钢 套，须对圆饼毛坯件进行机加工处理，对外圆以及端面都要车光，车光后 的成品尺寸为0345x50mm。
权利要求
1.一种大规格高温合金圆饼的制备方法，包括下列步骤(1)用真空感应炉冶炼电极棒，在合金冶炼时加入微量元素Mg；(2)电极棒表面磨光，将电极棒头部的冒口去除；(3)将磨光、去除冒口后的电极棒利用真空自耗炉重熔出自耗锭；(4)自耗锭冷却脱锭后，进行均匀化扩散退火处理；(5)自耗锭表面车光；(6)将自耗锭尾部切去约20mm～30mm；从自钢锭尾部处定尺下料，下料后坯料的高径比为2.5～2.7；(7)对坯料进行包套，对包套好的坯料加热；(8)墩饼；(9)冷却；(10)机加工。
2. 如权利要求1所述的大规格高温合金圆饼的制备方法，其特征在于 在合金冶炼时加入的微量元素Mg占合金总重量的重量百分比为 0.004%。
3. 如权利要求1所述的大规格高温合金圆饼的制备方法，其特征在于 步骤(8)中的墩饼具体过程为将坯料从炉体内转移到锻压机上， 调整好位置之后下压，镦至原高度1/2时，再将坯料翻转180°锻至毛坯圆饼高度。
4. 如权利要求1所述的大规格高温合金圆饼的制备方法，其特征在于 步骤(9)中的冷却为锻后空冷，即在坯料被镦成所需尺寸的圆饼之 后，将圆饼直接转移到空地放置，暴露在空气中自然冷却。
5. 如权利要求1所述的大规格高温合金圆饼的制备方法，其特征在于 步骤(10)中的机加工是指对外圆以及端面进行车光。
6. 如权利要求1所述的大规格高温合金圆饼的制备方法，其特征在于 步骤(7)中的包套为将钢管套在坯料上，然后再将圆形钢板焊接在 所述钢管的两端面，完成封盖。
全文摘要
一种大规格高温合金圆饼的制备方法，包括下列步骤用真空感应炉冶炼电极棒，在合金冶炼时加入微量元素Mg；将电极棒表面磨光并且将电极棒头部的冒口切除干净；利用真空自耗炉重熔出自耗锭；冷却脱锭后，对其进行均匀化扩散退火处理；车床将自耗锭表面车光；将自耗锭尾部切去约20～30mm，从自钢锭尾部处定尺下料，下料后坯料的高径比为2.5～2.7；对坯料进行包套；坯料加热；镦饼；冷却；机加工。本发明能有效地解决利用现有工艺制造该合金大规格圆饼时遇到的自耗锭难以拔长；合金热加工变形温度范围窄，难以变形的问题，改善了合金的热加工塑性，提高了合金的综合性能。
文档编号C22C19/03GK101153360SQ200610116738
公开日2008年4月2日 申请日期2006年9月29日 优先权日2006年9月29日
发明者浦惠康, 王文革, 王林涛, 田沛玉, 伟 谢 申请人:宝山钢铁股份有限公司