[发明专利]基于耐高温介质的高温合金棒坯镦粗成形装置及其方法

说明书

本发明涉及基于耐高温介质的高温合金棒坯镦粗成形装置及其方法，将与棒坯与耐高温介质放置于挤压筒内进行一次鐓粗成形；所述耐高温介质从挤压筒壁设有的出料孔流出。本发明实现大高径比难变形高温合金的稳态鐓粗变形，同时有效避免合金棒坯变形过程中温度迅速降低而出现开裂缺陷。另外，该成形方法在大变形量鐓粗变形过程中不需要更换模具，而是采用一次锻造成形，减少难变形高温合金鐓粗过程中的加热次数和成形工序，而且在不采用传统等温锻造工艺的情况下可以避免大高径比棒坯在镦粗变形过程中产生失稳或开裂缺陷，节约了成本，提高了生产效率。为小批量大高径比难变形高温合金棒坯的镦粗变形提供了一种新的选择途径。

技术领域

本发明涉及热加工锻造技术领域，提供基于耐高温介质的高温合金棒坯镦粗成形装置及其方法。

背景技术

新一代航空发动机涡轮盘锻件直径一般在Φ400mm以上，盘件锻造需要Φ200mm以上的细晶坯料。但难变形高温合金γ’相含量均较高，这导致合金锭随着直径的增加偏析愈加严重。现阶段难以生产Φ360mm以上的大规格低偏析铸锭，而中等规格铸锭开坯制备Φ200mm以上规格棒材时难以获得较大的变形量，导致棒材晶粒组织粗大。镦粗变形过程是一个不均匀变形的过程，镦粗变形前圆形棒坯的高径比要求不超过2.5～3。在锻造生产过程中，若对高径比大于3的棒坯进行镦粗加工，则在变形过程中容易出现纵向弯曲而失稳，导致产品报废。特别是针对难变形高温合金大尺寸锻件，为了获得优质均匀的细晶棒材，往往需要对铸锭进行大变形量开坯锻造，导致获得的原始棒材直径规格受限，这就使得用于锻造的难变形高温合金棒坯的高径比较大，必须采用镦粗工艺增大棒坯锻造前的尺寸规格。另外，由于难变形高温合金“Al+Ti”含量高，变形工艺窗口窄，变形过程中更容易出现失稳和开裂现象，一般需要采用等温锻造工艺实现棒坯的超塑性变形。

目前，国内学者针对大规格铸锭和棒坯的镦粗变形工艺进行了较为深入的研究。文章“超大高径比棒料连续镦粗工艺及材料变形规律”提出超大高径比棒料连续镦粗的成形工艺，设计带有锥度的凸、凹模对坯料进行镦粗，变形过程中需要对模具结构进行多次拆卸和调整，导致生产周期较长，增加了制造成本。专利“大规格大高径比镁合金铸棒短流程大变形制坯方法”(CN110883122A)采用鐓挤复合短流程大变形制坯模具成形出与原始尺寸相同的圆柱体坯料，但该方法在成形过程中需要更换凸模模具，导致坯料不能连续变形，降低了生产效率。专利“一种大高径比大规格铸坯的一次镦粗成形方法”(CN107552700B)通过采用一次镦粗成形模具，将高径比大于3的圆柱体坯料在变形时刻实际的高径比控制在H/D＜2.5，有效避免“双鼓形”和折叠，实现大规格铸棒的大塑性变形，但该方法鐓粗条件受限，而且鐓粗后的制件需要拆掉上凹模后才能被取出，无法实现连续生产作业，生产效率较低。因此，如何避免大高径比棒坯在镦粗变形过程中产生失稳或开裂缺陷，同时提高生产效率是获得高性能大尺寸高温合金锻件的重要挑战。

发明内容

本发明的目的是：针对上述国内现有的技术状况而设计提供了一种基于耐高温介质控形的大高径比高温合金棒坯镦粗方法，其目的是在难变形高温合金棒坯镦粗过程中通过采用可重复利用的耐高温介质，对棒坯起到径向约束作用的同时还起到了包套保温作用，实现大高径比难变形高温合金的稳态鐓粗变形，同时有效避免合金棒坯变形过程中温度迅速降低而出现开裂缺陷。

本发明的技术方案是：

提供基于耐高温介质的高温合金棒坯镦粗成形装置，棒坯的长径比大于2.5；该方法采用镦粗成形模具包括上模座1、凸模2、挤压筒3、钢垫4、耐高温介质5、棒坯6、支撑环7、浮动套筒8、下模9、下模座13和顶杆15；

所述挤压筒安装固定在下模上；所述顶杆15的下端安装在下模9上，顶杆15的上端封闭所述挤压筒3的下端口；所述挤压筒3的筒壁上间隔一定轴向距离开有压力控制孔；所述棒坯位于所述挤压筒3内，且挤压筒中填充有耐高温介质5，所述棒坯与所述挤压筒3内壁之间为所述耐高温介质5；