[发明专利]锻造模和锻造工艺

说明书

技术领域

本发明大体涉及锻造设备和锻造工艺，包括用于利用金属粉末生 产大锻件的锻造设备和锻造工艺。更具体地，本发明涉及配备有径向 区段的锻造模，该径向区段通过在锻造期间促进径向生长而减小在粉 末冶金坯锭的锻造期间的裂纹发生率。

背景技术

用于发电涡轮的转子构件典型地由铁和具有低合金含量的镍基 合金形成，即三种或四种主要元素，其允许相对容易地对它们进行熔 炼和处理且具有极小的化学或微结构偏析。近来，在发电业中使用的 较为先进的陆基燃气涡轮发动机(诸如本发明的受让人的H和FB类燃 气涡轮)的轮子、隔离件以及其它转子构件由高强度合金形成，诸如伽 马双引号(γ″)沉淀强化镍基超级合金，包括合金718和合金706。典型 地，这些构件的处理包括通过三重熔炼(真空感应熔炼(VIM)/电渣重熔 (ESR)/真空电弧重熔(VAR))以具有很大直径(例如，高达大约90cm)而 形成铸锭，其然后形成坯锭且经受锻造。相反，用于飞机燃气涡轮发 动机的转子构件常常通过粉末冶金(PM)工艺形成，已知这种工艺提供 良好的蠕变、拉伸和疲劳裂纹生长性质的平衡，以满足飞机燃气涡轮 发动机的性能要求。粉末金属构件典型地通过以某种形式固结金属粉 末而生产，诸如挤出固结，然后将所固结的材料等温锻造或热模锻造 至所希望的轮廓。

使用粉末冶金工艺来生产适合于发电燃气涡轮发动机的转子构 件的大锻件提供了生产更接近终型锻件的能力，从而减少了材料损 失。随着诸如合金718及以上的更多复合合金变为优选的并且锻件的 尺寸不断增加，对化学和微结构偏析、与将大晶锭转换成终锻件相关 联的高材料损失以及处理较大高强度锻件的有限的工业能力的关注 使得PM合金基础成本越高，则潜在的成本效益就越高。然而，在锻 造粉末冶金坯锭时遭遇的问题包括在锻造模-坯锭界面形成并且阻碍 坯锭的自由径向生长而导致锻件裂纹的高摩擦力。被认为是由切向应 力驱动的这些裂纹观察到在镦锻工艺期间有规则地间隔开且在径向 方向上处于锻件中的泊松感应点(poisson induced bugle)处。对于这个 问题所提出的解决方案，包括改变锻造模温度、镦锻水平以及锻造应 变速度，仅获得了很有限的成功。

发明内容

本发明提供一种适合于生产锻件，包括发电燃气涡轮发动机的涡 轮盘和其它大旋转构件的锻造模和锻造工艺。本发明特别适合于利用 通过粉末冶金技术所形成的坯锭来生产大锻件。

根据本发明的第一方面，锻造模包括具有第一表面的背板，和围 绕背板的第一表面上的区域呈放射状布置的多个区段。这些区段中的 每个区段具有面向背板的背面并且限定背向背板的分界面，其中该分 界面适于在利用锻造模锻造坯锭期间接合坯锭。这些区段以如下方式 物理地联接到背板的第一表面，该方式使得这些区段能够相对于背板 的区域径向移动。

根据本发明的第二方面，锻造工艺需要通过围绕背板的第一表面 上的区域呈放射状地布置多个区段并且将这些区段物理地联接到第 一表面以使这些区段能够相对于背板的区域径向移动而组装锻造模。 这些区段被布置且联接到背板，使得每个区段具有面向背板的背面并 且限定背向背板的分界面，其中该分界面适于在利用锻造模锻造坯锭 期间接合坯锭。然后，通过使坯锭与区段的分界面接合并且利用区段 的分界面加工坯锭而锻造坯锭。

本发明的锻造模和锻造工艺的显著优点包括锻造粉末冶金坯锭 来生产具有较低的裂纹发生率的较大盘和其它大物件的能力和在这 种物件中实现更均匀的性质的能力。减小的裂纹发生率能够实现报废 率的相应减小，同时减小的性质差异导致更高的设计容许性质，因此 导致更有效的产品设计。该锻造模和锻造工艺也能够利用先前原本可 能不适于或原本难于锻造的合金来锻造大物件。

通过下文的详细描述，本发明的其它目的和优点将得到更好地理 解。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的锻造模的平面图的示意图。

图2和图3是示出分别沿着图1的线2-2与3-3所获得的视图的 示意图。

图4是与图2中的视图相对应的示意图，并且示出在启动对坯锭 的锻造操作之前图1至图3的锻造模。

元件编号：

10     锻造模

12     背板

14     区段

16     区域

18     表面