一種合金擠壓棒材的生產工藝的製作方法

2023-05-06 21:29:21

一種合金擠壓棒材的生產工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開的GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝包括依次進行的坯料預處理、坯料熱擠壓和棒材後處理，在坯料預處理的步驟中，將GH720Li合金坯料分段鋸切為預定長度的坯料並對預定長度的坯料表面進行包套；將包套後的坯料加熱至1135～1145℃並保溫90～120分鐘，將包套後的坯料迅速加熱至1170～1180℃並保溫3～5分鐘後出爐；將出爐後的坯料潤滑得到待擠壓坯料；在坯料熱擠壓的步驟中，預熱擠壓筒至100～300℃後對待擠壓坯料進行熱壓得到待處理棒材，採用錐形模具並控制擠壓速率為120～300mm/s且控制坯料的擠壓變形比為4～5；將待處理棒材進行棒材後處理之後得到GH720Li合金擠壓棒材。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明屬於高溫合金型材的生產【技術領域】，更具體地講，涉及一種GH720Li合金 擠壓棒材的生產工藝。 一種合金擠壓棒材的生產工藝

【背景技術】
[0002] GH720Li合金是一種高強化鎳基難變形高溫合金，它具有優異的綜合力學性能及 良好的抗腐蝕抗氧化性能，是新一代高性能航天航空發動機渦輪盤用關鍵材料之一，還可 應用於飛彈、火箭等動力裝置中。
[0003] 現階段，我國採用快鍛的方式進行GH720Li合金棒材的生產，但GH720Li合金作為 一種難變形高溫合金，因其塑性變形溫度區間窄，因此鍛造加工時的溫度控制非常重要，通 常需要採用軟包套鍛造技術對坯料表面進行保溫。但又由於鍛造過程中包套材料容易伴隨 著震動而脫落，因此無法有效地保證坯料表面的鍛造溫度。
[0004] 隨後，另一種稱作為等溫鍛造的措施被應用在難變形高溫合金的生產中，但等溫 鍛造在我國應用在鋁合金及Ti合金領域較多，高溫合金的等溫鍛造目前同樣處於試驗摸 索階段。
[0005] 擠壓工藝在國外難變形高溫合金棒材生產已經有了一定的發展，因為擠壓的生產 過程時間很短，通常幾秒鐘生產過程完成，因此坯料的溫度得到了很好的保證，進而有利於 保證難變形高溫合金的塑性變形能力。因此，擠壓生產難變形高溫合金是一種比較理想的 生產方法。


【發明內容】

[0006] 針對現有技術中的不足，本發明的目的在於解決上述技術問題中的一個或多個。
[0007] 本發明的目的在於提供一種新的GH720Li合金棒材的生產工藝，以解決GH720Li 合金棒材鍛造生產難度大的問題，並以期提高GH720Li合金的成材率。
[0008] 為了實現上述目的，本發明提供了一種GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝，所述 生產工藝包括依次進行的坯料預處理、坯料熱擠壓和棒材後處理，在坯料預處理的步驟 中，將GH720Li合金坯料分段鋸切為預定長度的坯料，對所述預定長度的坯料表面進行包 套並保證包套後的坯料的直徑等於或略小於擠壓筒的直徑；將所述包套後的坯料加熱至 1135?1145°C並保溫90?120分鐘，之後將所述包套後的坯料迅速加熱至1170?1180°C 並保溫3?5分鐘後出爐；將出爐後的坯料進行潤滑，得到待擠壓坯料；在坯料熱擠壓的步 驟中，預熱擠壓筒至100?300°C後對所述待擠壓坯料進行擠壓，得到待處理棒材，其中，採 用錐形模具並控制擠壓速率為120?300mm/s且控制坯料的擠壓變形比為4?5 ;將所述 待處理棒材進行棒材後處理的步驟之後，得到GH720Li合金擠壓棒材。
[0009] 根據本發明的GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝的一個實施例，以重量百分比 計，所述 GH720Li 合金坯料含有 C0. 01 ?0· 02 %、Crl5. 5 ?16. 5 %、Col4 ?15. 5 %、 Μο2· 75 ?3. 25%、W1 ?1. 5%、Ti4. 75 ?5· 25%、Α12· 25 ?2. 75%、ZrO. 025 ?0· 05% 以 及餘量的鎳。
[0010] 根據本發明的GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝的一個實施例，所述預定長度為 300 ?500mm〇
[0011] 根據本發明的GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝的一個實施例，在坯料預處理的 步驟中對所述預定長度的坯料表面進行碳鋼層包套並在棒材後處理的步驟中通過冷加工 去除碳鋼層，並且在進行碳鋼層包套之後還在包套後的坯料的兩端焊接鋼墊。
[0012] 根據本發明的GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝的一個實施例，米用箱式電加熱 爐對所述包套後的坯料進行加熱。
[0013] 根據本發明的GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝的一個實施例，採用粒度在 0. 125mm以上的玻璃粉進行潤滑。
[0014] 根據本發明的GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝的一個實施例，在坯料熱擠壓的 步驟中採用的擠壓模具為錐形模具，並且所述錐形模具的入料口的錐角為120°。
[0015] 根據本發明的GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝的一個實施例，所述擠壓筒的直 徑為220mm，所述待擠壓坯料經所述錐形模具擠壓後得到的待處理棒材的直徑為110mm。
[0016] 本發明能夠實現對難變形高溫合金GH720Li合金的擠壓生產，並且能夠生產出合 格的GH720Li合金棒材，提供了一種傳統鍛壓以外的熱加工方法，並且該方法對此類難變 形的高溫合金棒材生產提供了一種新的思路，可操作性強、製得的產品性能優良，有很好的 應用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本發明GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝中所使用的錐形模具的結構示意 圖。

【具體實施方式】
[0018] 在下文中，將對本發明的GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝進行詳細說明。
[0019] 由於GH720Li合金屬於難變形高溫合金，其高溫變形抗力大並且塑性變形溫度區 間窄，因此一方面需要對坯料進行包套以保證坯料從加熱爐到擠壓設備的轉移過程中的表 面溫度，另一方面還需改進擠壓模具的結構以減小變形抗力，同時還需要優化坯料加熱溫 度、擠壓變形比和擠壓速度等多項擠壓參數，以最終實現擠壓得到符合性能要求的GH720Li 棒材的目的。
[0020] 本發明的生產工藝主要適用於GH720Li合金，其中，以重量百分比計，所述 GH720Li 合金坯料含有 C0. 01 ?0· 02 %、Crl5. 5 ?16. 5 %、Col4 ?15. 5 %、Μο2· 75 ? 3. 25%、W1 ?1. 5%、Ti4. 75 ?5. 25%、Α12. 25 ?2. 75%、ZrO. 025 ?0· 05% 以及餘量的 鎳。但事實上，本發明還適用於其它具有類似性能的難變形高溫合金的棒材生產，例如可以 通過調整部分加熱參數或擠壓參數來實現。
[0021] 根據本發明的示例性實施例，所述GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝包括依次進 行的坯料預處理、坯料熱擠壓和棒材後處理，其中，坯料預處理的步驟包括將GH720Li合金 坯料進行切割、加熱和潤滑等子步驟，以獲得能夠直接進行熱擠壓處理的待擠壓坯料；坯料 熱擠壓的步驟則是利用包括擠壓模具的擠壓機將待擠壓坯料直接擠壓成接近成品規格的 棒材即待處理棒材；棒材後處理則是利用如淬火、切頭尾、時效、表面處理等子步驟將待處 理棒材加工為棒材成品，但本發明對後處理的子步驟不作具體限定，只要最終能夠獲得符 合要求的棒材成品即可。
[0022] 下面對本發明中GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝的各步驟進行詳細說明。
[0023] 在坯料預處理的步驟中，需先將GH720Li合金坯料分段鋸切為預定長度的坯料。 根據本發明的一個實施例，預定長度為300?500_。若坯料的長度過長，可能會導致所需 求的擠壓力太大並出現悶車事故，故限定為300?500_為宜。
[0024] 然後，對預定長度的坯料表面進行包套並保證包套後的坯料的直徑等於或略小於 擠壓筒的直徑。為了保證坯料從加熱爐到擠壓機的轉移過程中的表面溫度並繼而保證加工 塑性，需要對坯料表面進行全包套。根據本發明的一個實施例，在坯料預處理的步驟中對預 定長度的坯料表面進行碳鋼層包套並在棒材後處理的步驟中通過冷加工去除碳鋼層。此 夕卜，在進行碳鋼層包套之後還在包套後的坯料的兩端焊接鋼墊以避免加工損傷。保證包套 後的坯料的直徑等於或略小於擠壓筒的直徑是為了使包套後的坯料能夠放入擠壓機的擠 壓筒中並進行熱擠壓，根據本發明的一個實施例，擠壓筒的直徑為220_，此時控制包套後 的坯料的直徑也為220mm為宜，但本發明不限於此。
[0025] 之後，將包套後的坯料加熱至1135?1145°C並保溫90?120分鐘，之後將所述包 套後的坯料迅速加熱至1170?1180°C並保溫3?5分鐘後出爐。其中，上述加熱制度是根 據GH720Li合金的塑性變形溫度區間制定的，通過上述加熱處理獲得的坯料能夠滿足擠壓 的塑性變形要求，GH720Li合金的最佳塑性變形溫度在1120?1170°C之間，考慮到擠壓過 程中坯料心部受擠壓力的瞬時升溫效果（約30?50°C )，將加熱溫度設置為1135?1145°C 為宜，過高的加熱溫度將導致晶界脆化並易產生擠壓裂紋，若加熱溫度過低，則GH720Li合 金的變形抗力急劇增大，易出現擠壓悶車現象（即因抗力過大擠不動的情況）。同時，保 溫90?120分鐘能夠確保坯料的內外溫度均勻。另外，出爐前使坯料迅速升溫至1170? 1180°C並保溫3?5分鐘是為了將坯料表面溫度升高一定的溫度，以彌補坯料在出爐到擠 壓機轉移過程中的表面溫降，此時的加熱溫度過高同樣會導致坯料表層組織過熱而導致擠 壓裂紋。
[0026] 根據本發明的一個實施例，採用箱式電加熱爐進行加熱，並使包套後的坯料隨爐 升溫進行加熱，本發明不限於此。
[0027] 最後，為了減小擠壓時的接觸摩擦力，需將出爐後的坯料進行潤滑得到待擠壓坯 料後再進行擠壓。其中，採用粒度在〇. 125mm以上的玻璃粉對出爐後的坯料進行潤滑，同時 還需對擠壓時的擠壓玻璃墊也進行潤滑。其中，優選地採用Ml型玻璃粉進行潤滑，這是因 為Ml型玻璃粉能夠附著在熱坯料的表面並在受熱後熔化形成油狀液，該油狀液充填在熱 坯料和模具之間，一方面起到隔熱作用並保護設備，另一方面起潤滑作用並降低擠壓過程 的摩擦力。但本發明不限於此。
[0028] 在坯料熱擠壓的步驟中，需先將擠壓筒預熱至100?300°C以減少擠壓過程中 的溫降，之後再對所述待擠壓坯料進行擠壓得到待處理棒材，其中控制擠壓速率為120? 300mm/s且控制述料的擠壓變形比為4?5。由於擠壓比決定述料的最終組織及性能，當擠 壓比小於4時，坯料的變形量小，無法充分破碎坯料的原始組織，易導致材料組織不均勻； 並且，由於GH720Li合金的變形抗力很大，當擠壓比過大時，需要很大的擠壓力進行擠壓， 可能超出設備的負荷。
[0029] 由於GH720Li合金的高溫變形抗力大，採用直筒型模具根本無法滿足擠壓要求。 根據本發明的示例性實施例，為了減小擠壓抗力，本發明採用錐形模具進行棒材的擠壓。
[0030] 圖1是本發明GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝中所使用的錐形模具的結構示意 圖。如圖1所示，所述錐形模具入料口的錐角α為120°。根據本發明的一個實施例，擠壓 筒的直徑為220mm，待擠壓坯料經該錐形模具擠壓後得到的待處理棒材的直徑為110mm，由 此控制坯料的擠壓變形比為4,但本發明不限於此。此外，如圖1所示，本發明所使用的錐形 模具與普通平模的主要差別在於錐形模具上段的入料口具有錐角α，錐形模具可以有效地 減小擠壓阻力，減輕工裝負荷；錐形模具中段與平模一樣，為實際工作帶，錐形模具中段的 直徑b是控制成品材料最終尺寸的有效參數；模具下段的出料口與普通模具一樣設計為具 有10°左右的錐度，其直徑較錐形模具中段的直徑b稍大可以有效降低出料阻力。並且，本 發明所使用的錐形模具較平模增大了模具總厚度hl，例如增大20_，主要是為了增加模具 的強度，彌補錐度部分的強度損失並提高模具的使用壽命。此外，如入料口的直徑a、中段的 高度h2、安裝部的直徑c、d和h3等其餘參數可以根據擠壓筒的參數、擠壓機模座尺寸配套 進行設計確定的。需要說明的是，該錐形模具的材質和表面粗糙度要求可以與現有的擠壓 模具相同，例如採用3Cr2W8V等模具鋼製造，本發明不限於此。
[0031] 最後，將待處理棒材進行棒材後處理的步驟之後，得到GH720Li合金擠壓棒材。其 中，本發明主要是對待處理棒材進行冷加工除去表面的碳鋼層，但還可以包括其它後處理 步驟，本發明不對此進行具體限定。
[0032] 下面結合具體示例進一步對本發明進行說明。
[0033] 本示例採用Φ 200mm的GH720Li合金坯料進行擠壓，該坯料的化學成分見下表1， 將GH720Li合金坯料鋸切為長度400mm的坯料，並通過上述的方法進行表面碳鋼包覆及兩 端碳鋼墊焊接後進行擠壓試驗。
[0034] 表1 GH720Li合金坯料的化學成分（wt% )
[0035]

【權利要求】
1. 一種GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝，其特徵在於，所述生產工藝包括依次進行 的坯料預處理、坯料熱擠壓和棒材後處理， 在坯料預處理的步驟中，將GH720Li合金坯料分段鋸切為預定長度的坯料，對所述預 定長度的坯料表面進行包套並保證包套後的坯料的直徑等於或略小於擠壓筒的直徑；將所 述包套後的坯料加熱至1135?1145°C並保溫90?120分鐘，之後將所述包套後的坯料迅 速加熱至1170?1180°C並保溫3?5分鐘後出爐；將出爐後的坯料進行潤滑，得到待擠壓 坯料； 在坯料熱擠壓的步驟中，預熱擠壓筒至100?300°C後對所述待擠壓坯料進行熱壓，得 到待處理棒材，其中，採用錐形模具並控制擠壓速率為120?300mm/s且控制坯料的擠壓變 形比為4?5 ; 將所述待處理棒材進行棒材後處理的步驟之後，得到GH720Li合金擠壓棒材。
2. 根據權利要求1所述的GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝，其特徵在於，以重量百 分比計，所述GH720Li合金坯料含有C0. 01?0· 02%、Crl5. 5?16. 5%、Col4?15. 5%、 Μο2· 75 ?3. 25%、W1 ?1. 5%、Ti4. 75 ?5· 25%、Α12· 25 ?2. 75%、ZrO. 025 ?0· 05% 以 及餘量的鎳。
3. 根據權利要求1所述的GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝，其特徵在於，所述預定長 度為300?500mm。
4. 根據權利要求1所述的GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝，其特徵在於，在坯料預處 理的步驟中對所述預定長度的坯料表面進行碳鋼層包套並在棒材後處理的步驟中通過冷 加工去除碳鋼層，並且在進行碳鋼層包套之後還在包套後的坯料的兩端焊接鋼墊。
5. 根據權利要求1所述的GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝，其特徵在於，採用箱式電 加熱爐對所述包套後的坯料進行加熱。
6. 根據權利要求1所述的GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝，其特徵在於，採用粒度在 0. 125mm以上的玻璃粉進行潤滑。
7. 根據權利要求1所述的GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝，其特徵在於，在坯料熱擠 壓的步驟中採用的擠壓模具為錐形模具，並且所述錐形模具的入料口的錐角為120°。
8. 根據權利要求7所述的GH720Li合金擠壓棒材的生產工藝，其特徵在於，所述擠 壓筒的直徑為220_，所述待擠壓坯料經所述錐形模具擠壓後得到的待處理棒材的直徑為 llOmrn。
【文檔編號】C22C19/05GK104060203SQ201410292743
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】高首磊, 何雲華, 鄺素軍, 蘇承龍, 曲敬龍 申請人:攀鋼集團江油長城特殊鋼有限公司