[发明专利]镍基高温合金锻件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及锻造工艺技术领域，具体地说，是一种镍基高温合金锻件的制造方法。

背景技术

镍基高温合金（NiCr20TiAl）是以镍－铬为基体，添加铝、钛形成γ’相弥散强化的高温合金，使用温度700-800℃，在650-850℃具有良好的高温抗蠕变、抗松弛和抗氧化性能，目前主要用于百万等级超超临界汽轮机的阀杆阀碟、各种规格的密封环以及航空领域制造发动机转子叶片等重要零件的制造。镍基高温合金室温组织为奥氏体，其中铬的含量非常高，为得到较高的硬度值，其中钛和铝的含量一般接近上限值，是一种镍基超高温合金，具有很高的耐热性能。但是，由于高温下强度高，变形抗力很大，因此，就增加其锻造成形的难度（见附图2“镍基高温合金材料的拉伸曲线图”）。目前，镍基高温合金在锻件生产过程中的成熟工艺并不为业界所熟悉，只有极少数企业掌握这一技术。我国之前没有这种新材料锻造和热处理的工艺技术，因此，也没有相关的技术标准。

在此之前，我们在汽轮机阀杆阀碟、各种规格的密封环以及航空领域重要零件的制造上大都采用棒材直接加工成零件的制造方法，因此，除了造成大量无谓的钢材消耗外产品质量往往还得不到保证。有时就直接从国外进口，除了时间和金钱外，关键是由不得我们的企业做主。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍基高温合金锻件的制造方法，

用此方法可避免毛坯锻件的锻后热处理变形，减少制造工序，缩短生产周期，降低能耗，并为后续的产品生产提供可靠的依据。

研究得知：与一般镍基合金不同，镍基高温合金（NiCr20TiAl）随着温度的提高,其塑性呈明显下降的趋势，但是其抗拉强度和屈服强度的下降却不是很明显。因此，镍基高温合金塑变性差、变形抗力大的特征给热锻成形造成相当的困难。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种镍基高温合金锻件的制造方法，其特征是，包含以下步骤：

（1）原材料检验  

镍基高温合金原材料检验，包括化学成分的复验和钢锭表面的检查；

（2）下料  

采用锯床锯切或斩刀热斩切的方法进行；

（3）加热 

对钢锭进行加热，其处理步骤为：

①将钢锭加热至≤300℃进炉，缓速加温至800℃, 时间不少于4小时； 

②在钢锭达到800℃时进行保温，时间不少于3.8小时；

③然后进行快速升温，由800℃升温至1150℃，时间不少于3.8小时；

④在钢锭达到1130～1150℃时进行保温，时间不少于3.5小时；

⑤然后进行空冷；

通过加热处理使钢锭达到所要求的力学性能指标；

（4）开坯并进行锻造变形处理

初始阶段，将钢锭或钢坯加热至奥氏体组织状态进行镦拔锻造，锻造比达到≥3.5，始锻温度为1150℃，终锻温度为950℃；每次的加热时间≥1小时；

（5）锻造

① 末二火次的锻造，采用末二火次对锻坯进行分料，对各个截面预留20～25%的变形量以保证最后火次各截面的变形量，并在1150～950℃内有足够的锻造时间；

② 最后火次的锻造，将锻坯温度控制在1150℃并保证热透，采用拔长工序对锻坯各截面进行锻造，将锻坯锻至设定的锻件尺寸；在锻造杆部截面时，要轻锤击打并不断换位，避免锻坯因变形速度快、变形量大而引起的温升，使锻坯保持在1030～1000℃的温度范围，以免芯部开裂；

（6）粗加工

按粗加工图规定的尺寸对锻坯进行车削加工；

（7）热处理

热处理：固溶1060℃，保温8小时，空冷；

时效850℃，保温24小时，空冷；

沉淀硬化700℃，保温16小时，空冷；

（8）力学性能测试

按粗加工图的要求割取锻件端面的试样进行力学性能测试，测试指标包括：屈服强度、抗拉强度、延伸率、恰贝（V型缺口）冲击功、冲击功；

（9）超声波探伤（UT）

对通过力学性能测试的锻件进行超声波探伤，超声波探伤按EN10308-3质量等级3的规定进行；

（10）产品检验

检验合格后，产品就完成了。

在步骤（5）的锻造过程中，对钢锭进行2～3次镦拔，使锻造比达到工艺所需的3.5～4.0；使锻件整体锻透，组织均匀、致密并保证力学性能。