[发明专利]一种高合金化高温合金棒坯/饼坯的多向锻造方法

说明书

本发明涉及一种锻造方法，具体涉及一种获得均匀细小组织的高合金化高温合金棒坯/饼坯的多向锻造方法，包括如下步骤：1)对低偏析、高纯净的定向凝固锭坯进行高温均质化处理；2)对定向凝固锭坯进行镦粗开坯；3)将镦粗后坯料锻打成长方体坯料；4)对长方体坯料进行多向锻造；5)对经过多个循环次数多向锻造后的坯料进行精整，得到所需尺寸的棒坯/饼坯；6)对得到的棒坯/饼坯进行理化检测。本发明不仅适应于航空、航天、舰船用高合金化镍基高温合金均匀超细晶棒坯的制备，还可推广至钢厂生产高速钢、热作模具钢，所制备的细晶棒坯具有组织均匀的特点。

技术领域

本发明涉及一种锻造方法，具体涉及一种获得均匀细小组织的高合金化高温合金棒坯/饼坯的多向锻造方法。

背景技术

随着航空发动机推力不断的增加，先进航空发动机涡轮盘用镍基高温合金材料通常需要更高合金化程度的合金制备，获得成分和组织均匀的细晶棒坯/饼坯是制备涡轮盘锻件的重要基础，同时是实现材料正常服役和发动机运行安全可靠性的保证。

目前制备高合金化镍基高温合金涡轮盘等部件用的棒坯/饼坯主要有两种生产工艺：一是传统铸&锻工艺，即双真空(真空感应+真空自耗)两联或三联(真空感应+电渣重熔+真空自耗)冶炼工艺制备铸锭，随后开坯进行锻造成所需规格的棒坯/饼坯；二是粉末冶金工艺，即采用制粉路线得到热等静压的坯料，随后进行锻造，得到所需规格的棒坯/饼坯。

传统铸&锻工艺路线制备镍基盘合金坯料，首先制备大规格铸锭，然后通过轴向镦拔成所需规格的棒坯/饼坯，根据现有国内外高温合金棒坯生产情况来讲，存在如下几个问题，一是合金化程度较高的铸锭开坯热裂情况较普遍，这主要源于铸锭存在的中心偏析(宏观偏析)，这种成分偏析可直接遗传至最终产品，造成质量不可靠，二是轴向镦拔并不能完全解决组织均匀性控制的问题，出现变形死区较多和粗晶、混晶较多的问题，导致棒坯超声波可探性降低，较低的检验标准最终给材料质量埋下了不安全的隐患。

粉末冶金路线制备镍基盘合金坯料，虽然不存在成分和组织均匀性控制的问题，但是工艺路线较长，成本较高，而且引入夹杂物的风险较大。目前美国采用氩气雾化粉末路线和挤压变形工艺可很好的解决夹杂物的问题，而我国在克服这方面的缺点时仍显不足。从国际发展趋势来看，由于粉末冶金工艺路线制备的高成本已经限制了其大规模的工程应用。因此随着冶金和锻造工业化技术水平的不断提高，采用先进的铸锭冶金和特种锻造相结合的路线制备高合金化合金材料有着广阔的前景。

多向锻造是目前国际材料学界公认的获得均匀超细晶坯料的大塑性变形工艺之一。与等径角挤压、高压扭转、累积叠轧相比，多向整体锻造具有其独特的优点：即加载轴向的顺序性改变可消除组织的各向异性；根据坯料的形状和尺寸可实现多向压缩，由于去掉了拔长工序，变形更加可控，便于精确计算变形量；工艺简单，成本低，可直接用现有工业化装备制备大尺寸坯料，可直接在工业化生产中推广应用；在一定温度范围区间保持新的动态再结晶晶粒尺寸不变，获得均匀的超细晶坯料。

ESR-CDS冶炼技术可制备所需规格的大尺寸定向凝固铸锭，该铸锭具有高纯净、低偏析的特点，因此热加工工艺性能优良，材料收得率高；采用的多向锻造技术制备的棒坯/饼坯可实现组织均匀细小，提高坯料超声波可探性，大大降低材料使用风险。

本发明提供了一种高合金化高温合金棒坯/饼坯的多向锻造方法，通过将ESR-CDS技术与多向锻造方法相结合，制备了组织均匀细小的棒坯/饼坯，工艺成本较低，且该锻造方法可推广至钢厂生产比如高速钢、热作模具钢等高合金化程度的特种钢材。

发明内容

本发明提供了一种高合金化高温合金棒坯/饼坯的多向锻造方法，本方法通过使用铸锭为采用ESR-CDS技术制备的定向凝固的坯料，使用多向锻造方法对坯料进行处理，实现了高合金化高温合金棒坯的组织细化、均匀性和一致性。

本发明的技术方案如下：