[发明专利]航空用高韧性长寿命大型转子轴类锻件制造工艺

说明书

本发明公开了航空用高韧性长寿命大型转子轴类锻件制造工艺，其工艺步骤如下：原材料冶炼→均匀化加热→下料→锻造前加热→开坯→正火→粗车UT探伤、低倍组织检测及非金属夹杂物检测→锻造前加热→高温锻造→冷变形强化→循环热处理→亚温淬火→深冷处理→回火→粗车探伤→精车加工。采用上述的制造工艺生产的转子轴类锻件的技术指标能达到如下标准：抗拉强度Rm（MPa）≥1250，屈服强度Rp0.2（MPa）≥1100，延伸率A（%）≥10，断面收缩率Z（%）≥45，硬度HRC≥38，冲击功（J）≥40，断裂韧性K_1C(MPa·m^1/2)≥100，晶粒度不粗于5级，旋转弯曲疲劳极限不小于600MPa（Kt=1，R=‑1）。

技术领域

本发明涉及轴类锻件锻造领域，具体涉及航空用高韧性长寿命大型转子轴类锻件制造工艺。

背景技术

轴类锻件作为高速旋转零部件，要求具有高的强度、高的韧性和高的抗疲劳性能。现有一种航空用的大型转子轴类锻件需要达到如下技术要求：抗拉强度Rm（MPa）≥1250，屈服强度Rp0.2（MPa）≥1100，延伸率A（%）≥10，断面收缩率Z（%）≥45，硬度HRC≥38，冲击功（J）≥40，断裂韧性K_1C(MPa·m^1/2) ≥100，晶粒度不粗于5级，旋转弯曲疲劳极限不小于600MPa（Kt=1，R=-1）；但是现有的轴类锻件制造工艺制得的轴类锻件还无法达到上述的技术要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：将提供一种能生产高要求轴类锻件的航空用高韧性长寿命大型转子轴类锻件制造工艺。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：航空用高韧性长寿命大型转子轴类锻件制造工艺，其工艺步骤如下：原材料冶炼→均匀化加热→下料→锻造前加热→开坯→正火→粗车UT探伤、低倍组织检测及非金属夹杂物检测→锻造前加热→高温锻造→冷变形强化→循环热处理→亚温淬火→深冷处理→回火→粗车探伤→精车加工；其特点是：

（1）原材料冶炼：以4340H（VAR）钢为原材料，其化学成分要求如下：C：0.38～0.43%、Si：0.15～0.35%、Mn ：0.70～0.90%、P：≤0.020%、S：≤0.015 %、Cr：0.70～0.90%、Mo：0.50～0.80%、Ni ：0.20～0.60%、Cu：≤0.2%、V：0.10～0.30%、Al：≤0.020%、Ti：≤0.020%、Sn：≤0.020%、Pb：≤0.005% 、N：≤25ppm、H：≤1.8ppm、O：≤20ppm；通过炉外精炼冶炼原材料，然后将原材料在真空感应炉中进行合金化并进行脱气，接着将原材料浇筑成自耗电极锭，然后对原材料进行真空自耗重熔冶炼并进一步脱气，最后采用成分均匀化凝固技术将原材料浇筑成自耗电极锭；

（2）均匀化加热：将钢锭放至于电炉中的垫块上，钢锭装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对钢锭进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1250℃±20℃后保温5～6h，然后钢锭出炉空冷至室温；

（3）锻造前加热：将下料所得的钢坯平放于加热炉中的垫块上，并且在钢坯的四周围一圈低温合金钢，钢坯装炉时炉内温度≤400℃，装炉完成后保温2～3h；然后加热炉的烧嘴对着低温合金钢进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1050℃±20℃后保温4～5h，然后继续加热使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1200℃±20℃后保温4～5h；

（4）开坯：钢坯的始锻温度≤1150℃，钢坯的终锻温度≥750℃；对钢坯至少进行一次拔长和一次墩粗，开坯中的锻造比≥5；

（5）正火：将开坯得到的锻件放至于电炉中的垫块上，锻件装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对锻件进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至870℃±20℃后保温D/25h，D为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件出炉空冷至室温；