【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鎳基高溫合金棒材制造，特別涉及一種優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝。
技術介紹
1、高溫合金最具代表性且需求量最大的合金牌號為gh4169，gh4169高溫合金國外稱之為718合金，在歐美被視為高溫合金的支柱、譽為萬能高溫合金；國內外新型戰機、大飛機主要采用gh4169高溫合金作為發動機心臟部件-渦輪盤件；目前，我國每年從國外進口變形高溫合金約1萬噸，其中gh4169合金80%依賴進口，對于我國發展新一代飛機及航空發動機、燃氣輪機等均形成了明顯的制約。
2、我國在gh4169高溫合金方面已具備一定的技術水平與生產規模，但對于直徑≥350mm，尤其是直徑≥400mm的大規格棒材，其外圓、r1/2處、中心的晶粒度級差較大，造成性能差異大，其技術根源是道次變形量小、材料熱變形抗力大、外圓失熱嚴重、中心變形升溫使得晶粒長大這四個綜合因素所致。
3、專利申請號為cn?109371344?a的專利申請公開了gh4169合金棒材的鍛造工藝，通過鍛造參數控制，能夠得到晶粒度均勻、降低晶粒度級差的棒材，但是根據其實施例變形工藝可以看出：（1）其成品棒材直徑不超過300mm；而直徑≥350mm，尤其是直徑≥400mm的大規格棒材才是gh4169晶粒度均勻一致的真正瓶頸；（2）三聯熔煉工藝的成本更高；（3）該變形工藝采用三鐓三拔+徑鍛，其中三鐓三拔工藝較多，每多加一次意味著成本增加、生產效率降低；徑鍛工藝更是對設備有極高的要求，目前國內的使用徑鍛機基本采用進口，價格極其昂貴。
4、專利申請號
技術實現思路
1、本專利技術的目的是在于克服現有技術中存在的不足，提供一種優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，控制大規格gh4169棒材晶粒度級差。
2、本專利技術采用的技術方案是：
3、一種優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，其中：棒材的合金成分，按質量百分比計，包括：?ni?53.0~55.0?wt%，nb?4.95~5.20?wt%，ti?0.75~1.00?wt%，al?0.30~0.50?wt%，mo?2.80~3.00?wt%，c?0.015~0.060?wt%，cr?17.00~21.00?wt%，fe?余量，以上總和為100%；
4、通過研究元素對gh4169的熱變形抗力研究，設計了合理的成分控制范圍，降低鍛造熱變形抗力，為提高大規格gh4169棒材后續鍛造變形量提供成分、組織準備，得以改善棒材晶粒度級差。
5、工藝包括以下步驟：
6、步驟s1.按照棒材的合金成分稱取c、ni、cr、mo、al、ti、nb、fe塊狀原料，并采用雙聯熔煉進行熔煉得到電渣錠；
7、步驟s2.將電渣錠進行均勻化擴散退火；
8、步驟s3.?將退火后的電渣錠進行鍛前加熱，得到鍛坯；
9、步驟s4.?將鍛前加熱后的鍛坯進行兩次拔長和兩次鐓粗處理，得到半成品棒材；
10、步驟s5.?將半成品棒材進行連續拔長至成品規格，得到棒材。
11、優選的是，所述的優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，其中：步驟s2中均勻化擴散退火具體為：將電渣錠在730~750℃保溫7~9h，隨后以50~90℃/h的速度升溫至1155~1165℃并保溫23~27h，接著以50~90℃/h的速度升溫至1185~1195℃并保溫110~115h，然后以45~55℃/h的速度降溫至1080~1090℃并保溫3~5h，最后出爐空冷。
12、采用分段式高溫退火科學工藝，避免了大規格鎳基高溫合金棒材中laves初熔產生固液兩相，同時消除了nb元素偏析，解決了該合金中nb偏析這個最大難題。
13、優選的是，所述的優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，其中：步驟s3中鍛前加熱具體為：將退火后的電渣錠在735~745℃下保溫5~6h，隨后以50~90℃/h的速度升溫至1075~1085℃，保溫6~8h。
14、優選的是，所述的優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，其中：步驟s4中拔長的變形量為36%~40%，鐓粗的變形量為36%~40%；每次拔長或鐓粗后均進行熱處理，熱處理的溫度為1075~1095℃，熱處理的時間為0.8~1.2h。
15、采用兩拔+兩鐓變形工藝，相比傳統先鐓粗后拔長工藝，本方法使得熔鑄的鑄態晶得已完全破碎，形成更好、更均勻的等軸晶，為成品晶粒均勻性提供了保障。
16、優選的是，所述的優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，其中：步驟s5中拔長變形量為36%~40%；每次拔長后均進行加熱，最后一次加熱的溫度為975~995℃，保溫時間為0.5~1h；其他次拔長后進行加熱的溫度為1000~1020℃，保溫時間為0.8~1.2h。
17、優選的是，所述的優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，其中：步驟s4中熱處理后鍛坯出爐到開始下一次的拔長或者鐓粗之間的時間≤40s，兩次拔長和兩次鐓粗處理過程中的環境溫度為30~38℃。
18、通過鍛造過程晶粒長大情況的機理研究，本專利技術設定了科學的鍛造環境溫度，這一參數因難以被察覺，在行業內普遍被忽視，使得棒材表面溫降速率減低了一倍多，延長了有效鍛造時間，使得棒材表面變形充分，細化晶粒。
19、優選的是，所述的優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，其中：步驟s5中加熱后半成品出爐到開始下一次拔長之間的時間≤40s，連續拔長處理過程中的環境溫度為30~38℃。
20、本專利技術的優點：
21、（1）本專利技術的優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，通過研究元素對gh4169的熱變形抗力研究，設計了合理的成分控制范圍，降低鍛造熱變形抗力，提高大規格gh4169棒材鍛造變形量，改善棒材晶粒度級差。
22、（2）本專利技術的優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，采用四段式擴散退火工藝，避免了laves初熔產生固液兩相，同時消除了nb元素偏析，解決了該合金中nb偏析這個最大難題，得以提高大規格gh4169棒材后續鍛造變形量，改善棒材晶粒度級差。
23、（3）通過研究gh4169棒材熱處理后表面溫降與環境溫度的關系，采用鍛前、鍛后低溫熱處理，結合設計合理的環境溫度，使得棒材表面溫降速率減低了一倍多，延長了有效鍛造時間，使得棒材表面變形充分，細化晶粒；同時，低熱處理的設置使得棒材中心晶粒長大緩慢，改善棒材中心與外圓的晶粒度級差。
24、（4）通過成分設計、四段式擴散退火、鍛造溫度與環境溫度的設置，大幅降低鍛造時本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，其特征在于：棒材的合金成分，按質量百分比計，包括：Ni?53.0~55.0?wt%，Nb?4.95~5.20?wt%，Ti?0.75~1.00?wt%，Al0.30~0.50?wt%，Mo?2.80~3.00?wt%，C?0.015~0.060?wt%，Cr?17.00~21.00?wt%，Fe?余量，以上總和為100%；
2.根據權利要求1所述的優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，其特征在于：步驟S2中均勻化擴散退火具體為：將電渣錠在730~750℃保溫7~9h，隨后以50~90℃/h的速度升溫至1155~1165℃并保溫23~27h，接著以50~90℃/h的速度升溫至1185~1195℃并保溫110~115h，然后以45~55℃/h的速度降溫至1080~1090℃并保溫3~5h，最后出爐空冷。
3.根據權利要求1所述的優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，其特征在于：步驟S3中鍛前加熱具體為：將退火后的電渣錠在735~745℃下保溫5~6h，隨后以50~90℃/h的速度升溫至1075~1
4.根據權利要求1所述的優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，其特征在于：步驟S4中拔長的變形量為36%~40%，鐓粗的變形量為36%~40%；每次拔長或鐓粗后均進行熱處理，熱處理的溫度為1075~1095℃，熱處理的時間為0.8~1.2h。
5.根據權利要求1所述的優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，其特征在于：步驟S5中拔長的變形量為36%~40%；每次拔長后均進行加熱，最后一次加熱的溫度為975~995℃，保溫時間為0.5~1h；其他次拔長后進行加熱的溫度為1000~1020℃，保溫時間為0.8~1.2h。
6.根據權利要求4所述的優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，其特征在于：步驟S4中熱處理后鍛坯出爐到開始下一次的拔長或者鐓粗之間的時間≤40S，兩次拔長和兩次鐓粗處理過程中的環境溫度為30~38℃。
7.根據權利要求5所述的優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，其特征在于：步驟S5中加熱后半成品出爐到開始下一次拔長之間的時間≤40S，連續拔長處理過程中的環境溫度為30~38℃。
...【技術特征摘要】
1.一種優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，其特征在于：棒材的合金成分，按質量百分比計，包括：ni?53.0~55.0?wt%，nb?4.95~5.20?wt%，ti?0.75~1.00?wt%，al0.30~0.50?wt%，mo?2.80~3.00?wt%，c?0.015~0.060?wt%，cr?17.00~21.00?wt%，fe?余量，以上總和為100%；
2.根據權利要求1所述的優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，其特征在于：步驟s2中均勻化擴散退火具體為：將電渣錠在730~750℃保溫7~9h，隨后以50~90℃/h的速度升溫至1155~1165℃并保溫23~27h，接著以50~90℃/h的速度升溫至1185~1195℃并保溫110~115h，然后以45~55℃/h的速度降溫至1080~1090℃并保溫3~5h，最后出爐空冷。
3.根據權利要求1所述的優化大規格鎳基高溫合金棒材晶粒度級差的工藝，其特征在于：步驟s3中鍛前加熱具體為：將退火后的電渣錠在735~745℃下保溫5~6h，隨后以50~90℃/h的速度升溫至1075~108...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李亞峰，浦益龍，李成龍，王植棟，沈新旺，朱鑫，靳承霖，崔紹剛，冷曉月，王潔莉，
申請(專利權)人：江蘇隆達超合金航材有限公司，
類型：發明
國別省市：
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