高温合金压力加工发表评论(0)编辑词条

高温合金压力加工(pressed work  of  superalloy)

     在外力作用下，使高温合金材料发生塑性变形，成为所需形状、尺寸和性能的工件，是高温合金材料制备工艺之一。压力加工可分为热塑性加工和冷塑性加工。

     热塑性加工 是压力加工中极重要的一部分。高温合金材料高温强度很高，在热塑性加工时有不少困难，发展了一些新的热塑性加工工艺。

热塑性加工特点由于高温合金材料中加入多种合金元素，因此具有下列热塑性加工特点：

    (1)塑性较低；

    (2)热加工温度范围较窄，一般为200℃左右，有的甚至低到70～80℃；

    (3)高温下变形抗力较大，比普通碳素结构钢高2～4倍；(4)再结晶速度低，变形过程中抗力增加，硬化较大，塑性降低，因而不利于高速变形。

改良加工性的途径 主要有：

    (1)改进冶炼工艺，降低有害元素铅、铋、硫等含量。

    (2)添加微量元素如镧、镁、钙等。

    (3)采用电渣重熔或真空自耗重熔工艺，以减轻合金锭中某些元素的偏析。(4)采用高温长时间扩散退火处理，减轻合金元素的偏析。

工艺要求 主要有：

    (1)每火次变形量不能太大。

    (2)变形速率要低。

    (3)为避免粗大而不均匀晶粒组织，变形温度高于再结晶温度，变形量应大于临界变形量。

    (4)为防止合金锭表面温度迅速下降，所使用的工具要预热。

加工方式  主要有8种：

    (1)锻锤自由锻。自由锻的打击速度较快，因而多用于固溶强化和铝、钛总量低于4.5％高温合金锭的开坯和圆形、方形锻件的锻造。此外，也可在锻锤上进行镦粗、冲孔和扩孔等工序。由于锻锤的冲击力不足以使较大工件内部充分变形，因此合金锭的直径一般不宜超过380mm。锻锤的能力，根据合金锭的尺寸大小在3～5t之间选择。

    (2)压力机自由锻。自由锻所用的压力机多为水压机。由于水压机的吨位大，施加的压力能深入锻件中心，可用来开坯较大尺寸的高温合金锭。水压机能力的大小，可根据加工件的尺寸和单重来选择，如直径630mm，重2500kg的合金锭，需(1500～：3000)×104N(1500～3000t)的水压机。水压机的操作速度较慢，锻压变形量较大，除开坯、镦粗外，还供模锻大型涡轮盘用。

    (3)挤压。含铝、钛量较高的高温合金锭难于用锤锻开坯，可用挤压机开坯，因为挤压变形是三向应力状态，可提高合金的塑性。为避免合金与挤压工具直接接触、降低附加摩擦力、防止合金表面产生裂纹，挤压时须用玻璃润滑剂。此外，合金化程度更高的难变形合金锭，如中国牌号GH118、GH220合金等，须用低碳钢或不锈钢的套子包封起来，再进行挤压。这可防止合金锭表面降温，同时又起到润滑作用。挤压比的范围一般为7：1～50：1。挤压工艺还可用来生产矩形或复杂断面的型材。

    (4)热轧。大多数高温合金的棒材和板材都是在型钢轧机和板轧机上轧制成的。合金化程度较高的合金锭(铝、钛总量>4．5％)锻造开坯有困难，可以用型钢轧机以低轧制速度(<1m／s)多火次轧制。每火次一般只能走2～4道次。轧机前几道孔形为椭圆形，变形小且均匀。待铸态组织破碎后，再采用菱形孔形。合金化程度更高的合金锭(铝、钛总量>6％)，须采用包套轧制。高温合金环形件也用轧环机轧制。

    (5)模锻。使用模具的锻造工艺，主要锻制涡轮叶片和涡轮盘。对于涡轮叶片，一般先用平锻机对棒料的一端进行镦粗，然后在曲轴压力机或螺旋压力机上进行模锻(预锻和精锻)。模锻温度的范围很窄，只有20～50℃。对于涡轮盘，可用锻锤、水压机和机械压力机等设备将饼坯模锻(预锻和终锻)成盘件。

    (6)细晶锻造。工艺特点为：使合金析出合适的第二相，以阻止晶粒长大；第二相的溶解温度应高于合金再结晶温度；锻造温度应处于第二相溶解温度和合金再结晶温度之间。该工艺能获得10～13级细晶粒组织，对要求具有高屈服强度和良好的疲劳性能的涡轮盘材料很适用。中国牌号GH4169合金涡轮盘就采用细晶锻造工艺。

    (7)超塑性等温锻造。难变形涡轮盘材料用通常的锻压方法难于成形。20世纪70年代初研究发现，超细晶粒材料在低应变速率下具有超塑性，因此开发了超塑性等温锻造工艺。工艺特点为：用粉末冶金方法或其他方法得到晶粒直径为0.5～5μm的细晶坯料；以低的应变速率(≤0.5／min)、在低于再结晶温度200℃以下和在惰性气体保护下，模具用感应圈加热，进行等温超塑锻造，变形率不小于75％；然后在规定温度下进行固溶处理，使晶粒长大，满足高温强度的要求。

    (8)形变热处理。为了获得高屈服强度和优良低周疲劳性能的盘件，可采用形变热处理工艺。该工艺制备的盘件的使用温度不超过700℃。工艺过程为：进行固溶处理，使第二相溶入基体；中间时效处理，使碳化物或η相或δ相(见高温合金材料的金属间化合物相)析出，阻止晶粒在下步工序长大；在合金再结晶温度以下的温度进行模锻，变形率大于50％，获得具有稳定亚结构的均匀细小的晶粒组织；按规定的时效制度进行处理。

冷塑性加工薄板材、薄壁管材和表面质量较高的棒材必须在室温下进行压力加工。由于高温合金强度高，变形抗力大，大部分不宜进行冷塑性加工，只有固溶强化型和少数时效强化型高温合金才可以进行冷塑性加工。

加工方式 主要有5种：

    (1)冷轧薄板。一般将热轧板坯用普通4辊冷轧机进行多道次冷轧。由于加工硬化率较大，两次软化退火之间的总冷轧压下率不超过20％～30％。变形速率不能太快，以免产生边裂。

    (2)冷轧和冷拔管材。由穿孔机制备空心管坯。管坯经多次冷轧或反复冷拔得到薄壁管材。冷轧、冷拔一道后，需进行软化退火处理。合金化程度高的高温合金很难制备空心管坯，只能用焊管作为管坯，进行冷轧、冷拔，在管壁、管径减小时，焊缝的铸态组织转变为变形组织，达到无缝管质量要求。

    (3)冷拔棒材。为了得到尺寸较精确、表面质量较好的棒材，可将热加工后的棒材进行冷拔。冷拔棒材经热处理后，其表面氧化皮可用无心磨削清除。一些高温合金螺母和螺栓可采用冷拔六角形棒材加工。

    (4)冷拔丝材。主要加工焊条和焊丝。其材料为固溶强化型合金和一些弱时效强化型合金。其工艺是，将热轧或热锻的棒材用旋锻工艺制备成直径7～12mm的盘条，然后在拔丝机上多次拉拔成丝材。

    (5)冲压和拉深。涡轮发动机的燃烧室是由高温合金薄板的冲压件经焊接组装而成的。由于高温合金的形变硬化指数较高，一般为0.35～0.45，所以拉深件的厚度较均匀，表面质量也较好