[发明专利]一种高温合金的模锻方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温合金的锻造热加工变形工艺，尤其是指用于如GH4169高温合金的模锻方法。

背景技术

GH4169合金被称为高温合金的支柱，是国际上应用最广泛的高温合金品种；根据GH4169合金产品的晶粒组织，可分为粗晶产品、细晶产品。GH4169合金细晶锻件(具有细晶特征和δ相球化特征)，由于具有良好的低周疲劳性能及高周疲劳性能，良好的强韧化综合平衡性能，在高新动力装置的关键部件或重要部件中获得了广泛的应用。

这种GH4169合金细晶模锻件，为防止在热处理过程中产生晶粒粗化，其热处理的固溶温度应略低于δ相的溶解温度，由于热处理本身不可能实现晶粒的细化及δ相的球化。因此，细晶GH4169合金模锻件在未经热处理状态下，应具有10级或更细的晶粒组织以及球状δ相组织，并应避免模锻件经机加工后的零件存在未再结晶的拉长晶冷模组织(上述苛刻的组织要求是国内外公认的难题)。细晶GH4169合金锻件的模锻热加工工艺主要有二种：一种是采用保温技术进行模锻，简称保温模锻；另一种是采用热模具进行模锻，简称热模锻。

保温模锻，是我国高温合金应用较多的模锻技术。我国在20世纪80年代创新的模锻坯复合包套保温模锻技术，曾为我国系列高温合金模锻件的开发发挥了重要的作用。所谓复合包套保温模锻，就是：首先对模锻坯进行复合包套，将绝热棉包复在模锻坯的表面，再采用不锈钢板包复绝热棉，并焊接不锈钢板接触处；然后，将复合包套的模锻坯在炉中加热，并将加热好的复合包套模锻坯在压机上进行保温模锻。

但是，该方法存在如下缺陷：

1.由于绝热棉与模锻坯之间未粘结成一体，绝热棉包复不锈钢板及焊接不锈钢板时可发生漂移错动，少数绝热棉会发生破损，部分模锻坯难以获得充分有效的隔热保温效果；

2.模锻坯表面用不锈钢板全包复绝热棉后，由于绝热棉导热系数低，复合包套的模锻坯在加热炉中加热时升温过程缓慢，导致模锻坯加热时间太长，在δ相析出峰温度附近经过的时间较长，不利于模锻时δ相的充分球化及δ相数量的合理控制；

3.模具采用合金钢制造，在使用前加热到350℃左右，由于模具的加热温度偏低，加上复合包套不能使模具坯获得足够的保温效果，无法获得无显著冷模组织的模锻件。为保证模锻件成品加工后无冷模组织，模锻坯的余量较大(以保证模锻件机加工后的零件无冷模组织)，零件机加工的材料利用率较低；

4.坯料包复不锈钢板会降低模锻件成形的对称性及尺寸精度。

热模锻：将模具激冷影响降至最低限度的一个途径是采用耐高温模具。这类模具通常是采用铸造镍基高温合金材料(生产实践中，常采用K3铸造高温合金)，根据采用的材料可加热到540℃至830℃。采用较高的模具温度，可以提高模锻坯温度的均匀性，获得良好的显微组织，但模具的制造难度、制造成本及使用寿命与应用需求的矛盾较大。

为实现GH4169合金锻件的细晶要求，GH4169合金模锻坯(细晶坯)的加热温度为990℃(以防止细晶坯加热时晶粒粗化)，在这个加热温度下，GH4169合金模锻时变形抗力很大，约为35kg/mm²，如果模具采用较高的加热温度，将导致模具容易变形，模具使用寿命偏低。曾采用K3铸造高温合金制造的模具模锻细晶GH4169模锻件，模具加热温度为800℃，仅模锻二十几件锻件，模具即发生显著变形。此外，由于铸造高温合金合金化程度很高，熔点较低，铸造模具时防止模具产生疏松、偏析等缺陷的技术难题很大，模具制造成本甚高，我国细晶GH4169合金热模锻技术近年来方取得初步开发，其发展受制于热模锻用的铸造高温合金模具。综上所述，现有的保温模锻和热模锻方法均具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温合金的模锻方法，解决现有“复合包套”方式导致模锻坯在加热炉中升温缓慢的缺点，提高绝热棉材料对工件的保温效果及可操作性，并降低应用保温材料的成本；另一方面，实现对工件的良好绝热保温，从而可以采用较低的模具温度，可充分缓解热模锻模具寿命低和制造难度大的问题，最终，制造出细晶要求的如GH4169合金锻件，满足高新动力装置关键部件(或重要部件)的应用要求。