本发明专利技术是一种提高镍基难变形高温合金组织均匀性的方法，该方法的步骤包括：制作包套锭；制作包套前垫、包套后垫；将包套锭在挤压筒内镦锻，制作挤压润滑玻璃垫；加工镦锻坯；将镦实坯进行挤压，获得合金棒材。本发明专利技术通过近密闭条件下的多向镦锻，同时实现难变形合金铸锭塑性变形与包套制备，为挤压作条件准备；再结合挤压工艺，解决了该类材料塑性变形难度大、不易加工成形的问题、同时细化晶粒、焊合疏松缺陷，克服铸造工艺、挤压工艺外部组织细、心部组织粗的固有工艺特点，获得高组织均匀性的棒材，为高性能锻件的制备奠定基础。为高性能锻件的制备奠定基础。为高性能锻件的制备奠定基础。
【技术实现步骤摘要】
一种提高镍基难变形高温合金组织均匀性的方法
[0001]本专利技术是一种提高镍基难变形高温合金组织均匀性的方法，属于金属材料的热加工领域。
技术介绍
[0002]镍基难变形高温合金目前主要用于航空发动机涡轮盘的制备。由于材料合金化程度高，特别是Al、Ti含量高会导致合金塑性变形工艺区间窄，塑性变形能力差；且由于对该合金的熔炼工艺研究不足，铸锭内部极易形成疏松缺陷。上述现状导致该合金难以通过常规的铸锭自由锻或者是快锻的方法制备组织均匀的棒材。
技术实现思路
[0003]本专利技术正是针对上述现有技术中存在的缺点而设计了一种提高镍基难变形高温合金组织均匀性的方法，其目的在于通过包套、镦锻和挤压工艺相结合的设计，低成本、简便的解决了难变形合金塑性变形能力差、组织不均匀的问题，获得组织均匀、表面完整的高质量棒材，为高性能锻件的制备奠定基础。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0005]本专利技术所述的提高镍基难变形高温合金组织均匀性的方法的步骤如下：
[0006]步骤一、制备合金铸锭
[0007]采用两联或者三联工艺制备合金铸锭1；
[0008]步骤二、制作包套锭
[0009]将合金铸锭1置于筒体3内，把前端盖2、后端盖4与筒体2封焊后制成包套锭5；
[0010]筒体3的直径为Φ1，筒体3的高度为H1；
[0011]步骤三、制作包套前垫6
[0012]包套前垫6为向上一侧中心部分呈圆形凸起状的盘形件Ⅰ，该盘形件Ⅰ边缘部分的厚度为H2，该盘形件Ⅰ的最大直径为Φ2，呈圆形凸起的中心部分的直径为Φ3、高度为H3；
[0013]步骤四、制作包套后垫7
[0014]包套后垫7为向下一侧中心部分呈圆形凸起状的盘形件Ⅱ，该盘形件Ⅱ边缘部分的厚度为H4，该盘形件的最大直径为Φ4，呈圆形凸起的中心部分的直径为Φ5、高度为H5；
[0015]步骤五、包套锭5的加热与保温
[0016]将包套锭5置于电阻加热炉中加热，在炉温＜600℃时将包套锭5装入加热炉中，升温至800℃～950℃并保温，保温时间按0.6～0.8min/mm
×
Φ
包套锭
计算，然后再随炉升温至1100℃并保温，保温时间按0.8～1min/mm
×
Φ
包套锭
计算；
[0017]步骤六、制备镦锻坯12
[0018]在挤压机基座9外围安装挤压筒10，将实心模8置于挤压机基座9上，包套前垫6置于实心模8上，中心部分的圆形凸起向上，将挤压筒10加热到150℃～400℃，待包套锭5保温结束后取出迅速放入挤压筒10内，然后放入包套后垫7，中心部分的圆形凸起向下，开动挤
压机将挤压杆11推入挤压筒10进行镦锻，并在最大压力下保持30～50秒，保压结束后，得到镦锻坯12，然后将其出模并空冷；
[0019]步骤七、机加
[0020]对镦锻坯12进行机加精整表面并在其下端倒圆角R3,镦锻坯12的外径为Φ6；
[0021]步骤八、制作与挤压筒10尺寸相匹配的挤压润滑玻璃垫13；
[0022]步骤九、镦锻坯12的加热与保温
[0023]将镦锻坯12放入电阻加热炉中加热，在炉温＜600℃时将热压实坯料装入加热炉中，升温至800℃～950℃并保温，保温时间按0.4～0.6min/mm
×
Φ
镦锻坯
计算，然后再随炉升温至1100℃并保温，保温时间按0.6～0.8min/mm
×
Φ
镦锻坯
计算；
[0024]步骤十、制备合金挤压棒材
[0025]将空心模14安装在挤压机基座9上，将挤压润滑玻璃垫13置于空心模14上并在其外围安装挤压筒10，将挤压筒10加热到150℃～400℃，待镦锻坯12保温结束后取出迅速放入挤压筒10内，顺次放入挤压垫15，开动挤压机将挤压杆11推入挤压筒10进行挤压，获得带金属包套的挤压棒材，待其冷却至室温后，去除金属包套，获得合金挤压棒材。
[0026]在一种实施中，步骤二中，包套的材料为45号钢或304不锈钢，包套的厚度按以下公式计算：
[0027]δ＝(5％～10％)
×
Φ
铸锭
ꢀꢀꢀ
式1
[0028]式1中：δ为包套的厚度，Φ
铸锭
为合金铸锭1的直径。
[0029]在一种实施中，步骤三、四中，盘形件Ⅰ、盘形件Ⅱ的外缘与挤压筒10的内璧的单边距离为1～3mm。
[0030]在一种实施中，步骤三、四中，盘形件Ⅰ、盘形件Ⅱ的边缘部分的厚度H2、H4为50～100mm。
[0031]在一种实施中，步骤三、四中，盘形件Ⅰ、盘形件Ⅱ的材料为45号钢或304不锈钢。
[0032]在一种实施中，步骤七中所述圆角R3为50～100mm。
[0033]在一种实施中，步骤七中所述镦锻坯12的外径为Φ6比挤压筒10的内径小2～6mm。
[0034]在实施中，所述镍基难变形高温合金的化学成分及重量百分比为：
[0035]Cr 16.50～19.50，Co 13.50～16.0，Al 2.0～3.0，Ti 4.50～5.50，W 1.0～2.0，Mo 2.50～3.50，B 0.01～0.03，C≤0.10，Si≤0.15，Fe≤0.1，Zr≤0.06，Mn≤0.15，S≤0.01，Cu≤0.1，Ag≤0.0005，Bi≤0.0001，Pb≤0.001，余量为Ni。
[0036]本专利技术技术方案采用三向应力的镦锻/挤压复合工艺，同时结合包套的设计，将一定规格的合金铸锭首先在挤压筒内进行三向应力镦锻，由于在挤压筒内镦锻，避免了常规的单一方向镦粗的缺点，包括：避免了疏松缺陷在单向拉伸力下应力集中，产生裂纹，同时靠着多向压应力，压实焊合疏松缺陷，同时实现对铸锭心部区域大变形，使铸锭内外晶粒趋于一致；然后再进行带包套挤压，使合金铸锭进一步细化晶粒，焊合疏松缺陷，为合金涡轮盘的制备奠定组织基础。
[0037]从铸锭切取低倍片，观察整个低倍组织，确定心部粗晶区的晶粒度等级G
粗
和所占据的中心区域(以直径Φ
粗晶区
表示)，确定粗晶区以外的细晶区晶粒度等级G
细
。
[0038]根据粗晶占据的中心区域直径Φ
粗晶区
来确定包套前垫Φ3和后垫Φ5的数值：Φ3＝Φ5＝Φ
粗晶区
。
[0039]采用10％、20％、30％、40％锻造试验法确定合金铸锭变形量与晶粒度的关系，10％＝G
10
、20％＝G
20
、30％＝G
30
、40％＝G
40
[0040]确定铸锭粗晶区和细晶区的晶粒度等级差：G
差
＝G
粗
‑
G
细
。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种提高镍基难变形高温合金组织均匀性的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：步骤一、制备合金铸锭采用两联或者三联工艺制备合金铸锭(1)；步骤二、制作包套锭将合金铸锭(1)置于筒体(3)内，把前端盖(2)、后端盖(4)与筒体(2)封焊后制成包套锭(5)；筒体(3)的直径为Φ1，筒体(3)的高度为H1；步骤三、制作包套前垫(6)包套前垫(6)为向上一侧中心部分呈圆形凸起状的盘形件Ⅰ，该盘形件Ⅰ边缘部分的厚度为H2，该盘形件Ⅰ的最大直径为Φ2，呈圆形凸起的中心部分的直径为Φ3、高度为H3；步骤四、制作包套后垫(7)包套后垫(7)为向下一侧中心部分呈圆形凸起状的盘形件Ⅱ，该盘形件Ⅱ边缘部分的厚度为H4，该盘形件的最大直径为Φ4，呈圆形凸起的中心部分的直径为Φ5、高度为H5；步骤五、包套锭(5)的加热与保温将包套锭(5)置于电阻加热炉中加热，在炉温＜600℃时将包套锭(5)装入加热炉中，升温至800℃～950℃并保温，保温时间按0.6～0.8min/mm
×
Φ
包套锭
计算，然后再随炉升温至1100℃并保温，保温时间按0.8～1min/mm
×
Φ
包套锭
计算；步骤六、制备镦锻坯(12)在挤压机基座(9)外围安装挤压筒(10)，将实心模(8)置于挤压机基座(9)上，包套前垫(6)置于实心模(8)上，中心部分的圆形凸起向上，将挤压筒(10)加热到150℃～400℃，待包套锭(5)保温结束后取出迅速放入挤压筒(10)内，然后放入包套后垫(7)，中心部分的圆形凸起向下，开动挤压机将挤压杆(11)推入挤压筒(10)进行镦锻，并在最大压力下保持30～50秒，保压结束后，得到镦锻坯(12)，然后将其出模并空冷；步骤七、机加对镦锻坯(12)进行机加精整表面并在其下端倒圆角R3,镦锻坯(12)的外径为Φ6；步骤八、制作与挤压筒(10)尺寸相匹配的挤压润滑玻璃垫(13)；步骤九、镦锻坯(12)的加热与保温将镦锻坯(12)放入电阻加热炉中加热，在炉温＜600℃时将热压实坯料装入加热炉中，升温至800℃～950℃并保温，保温时间按0.4～0.6min/mm
×
Φ
镦锻坯
计算，然后再随炉升温至1100℃并保温，保温时间按0.6～0.8min/mm
...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈由红，兰博，孙兴，林莺莺，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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