[发明专利]一种难变形高温合金挤压-镦拔复合开坯方法

说明书

本发明公开一种难变形高温合金挤压‑镦拔复合开坯方法，包括：(1)铸锭包套形成挤压锭坯，并在所述挤压锭坯外表面涂覆润滑剂；(2)对挤压锭坯进行热挤压，所述挤压锭坯的预热温度为相变点±20℃，获得挤压棒材，垂直于挤压方向切割挤压棒材并精整获得料段；(3)对料段进行多火次的反复镦拔，并最终加工至所需棒坯尺寸。本发明针对难变形高温合金开坯易开裂、难以充分变形和无法获得均匀细晶组织等难题，采用挤压‑镦拔复合开坯工艺制备难变形合金细晶棒材。相比于快锻开坯，解决了棒坯开坯开裂和外缘混晶难题；相比于热挤压开坯，解决了单一变形温度和有限变形量难以获得均匀细晶组织的难题，弥补了难变形高温合金制坯工艺的不足。

技术领域

本发明属于热加工技术领域，具体涉及一种难变形高温合金挤压-镦拔复合开坯方法。

背景技术

变形高温合金是航空发动机涡轮盘的重要选材。涡轮盘性能的提升需要变形高温合金不断提高使用温度和服役性能，其基本途径是提高合金中Al、Ti、Nb等γ′相形成元素和Co、Cr、Mo、W等固溶强化和组织稳定化元素。目前相当一部分涡轮盘用高温合金(GL720Li、GL975等)的γ′相含量超过40％，Al+Ti含量超过6％。大量合金元素的加入在提高合金的高温性能的同时也导致合金热加工非常困难，表现为热加工温度区间收窄，热变形抗力增大，热加工塑性恶化，同时粗大的铸态晶粒和发达的枝晶组织更加剧了变形开裂的风险，常规的单向拔长或反复镦拔不但造成严重的开坯开裂，而且难以获得均匀的细晶组织。

作为金属材料开坯的重要手段，挤压已广泛应用于铝、镁、铜等有色金属细晶棒材的制备，挤压通过对金属坯料施加三向压应力使得热加工塑性提高，变形开裂风险降低，近年来国内外研究者已开始尝试采用挤压工艺对镍基高温合金铸锭进行开坯，但单纯的挤压开坯存在变形温度单一，累积变形量偏小等问题，难以获得涡轮盘用晶粒度ASTM6.0级以上的细晶棒材。为此需将挤压与镦拔开坯工艺配合，发明新的复合开坯工艺以满足难变形合金涡轮盘研制的迫切需求。

发明内容

鉴于现有技术的上述情况，本发明的目的是提供一种难变形高温合金挤压-镦拔复合开坯方法。本发明的方法可解决难变形高温合金开坯易开裂、晶粒组织难控制等问题，能使难变形高温合金棒料获得ASTM 6.0级以上的均匀细晶组织，从而满足涡轮盘对难变形高温合金均质细晶棒坯的需求。

本发明的上述目的是利用以下的技术方案实现的：

一种难变形高温合金挤压-镦拔复合开坯方法，包括如下步骤：

(1)铸锭包套形成挤压锭坯，并在所述挤压锭坯外表面涂覆润滑剂；

(2)对挤压锭坯进行热挤压，所述挤压锭坯的预热温度为相变点±20℃，获得挤压棒材，垂直于挤压方向切割挤压棒材并精整获得料段；

(3)对所述料段进行多火次的反复镦拔，并最终加工至所需棒坯尺寸。

进一步地，其中步骤(3)中的所述反复镦拔为不同预热温度的镦拔变形，且料段在每个镦拔预热温度进行1～3火次的镦拔。更进一步地，其中所述反复镦拔的初始预热温度为所述挤压锭坯的预热温度以下20～40℃，之后依次降低预热温度20～40℃至相变点以下60～90℃结束镦拔，其中镦拔过程中料段预热时间＝料段直径×时间系数，所述时间系数为0.6～2.0min/mm，镦拔用平砧模预热温度≥200℃。

进一步地，其中步骤(3)中的每个镦拔过程为依次进行的料段端头镦锻、整体镦粗、打八方拔长。具体地，其中所述端头镦锻过程中控制料段中轴线与镦拔用平砧模呈60°～80°，下压量为料段直径的1/3～2/3，端头镦锻次数N＝4～8次，每次料段周向旋转角度为360°/N，获得镦头中间坯，所述整体镦粗过程中，镦头中间坯垂直于平砧模进行镦粗，获得镦粗中间坯，镦粗中间坯长度为料段长度的0.4～0.7，所述打八方拔长过程平砧模单次下压量为镦粗中间坯直径的1/5～1/3，最终拔长至长度为料段长度±20mm的八方中间坯。