[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

摘要

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）。

主权项

1.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；其特征在于：（1）原材料冶炼：以4340H钢为原材料进行冶炼得到锻造用钢，该钢的化学成分要求如下：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；4340H钢的冶炼方法为：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，接着将原材料浇铸成自耗电极锭，然后对自耗电极锭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浇铸成锻造用钢；（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；（6）粗车UT探伤、低倍组织检测及非金属夹杂物检测：对锻件进行粗车，对锻件两端车下料分别进行低倍组织检测和非金属夹杂物检测，低倍组织检测按照ASTM A604标准图片评级，锻件横向低倍组织需满足如下要求：黑斑≤A级，白斑≤A级，径向偏析≤B级，环状组织≤B级；非金属夹杂物检测按照ASTM E45中的A法评级，非金属夹杂物需满足如下要求：A：粗系≤1.0 ，最高级别允许的视场数为1，总的可评视场数为1；细系≤2.0，最高级别允许的视场数为a1，总的可评视场数为b1；B：粗系≤1.0 ，最高级别允许的视场数为1，总的可评视场数为1；细系≤1.5，最高级别允许的视场数为a2，总的可评视场数为b2；C：粗系≤1.0 ，最高级别允许的视场数为1，总的可评视场数为1；细系≤1.5，最高级别允许的视场数为a3，总的可评视场数为b3；D：粗系≤1.0 ，最高级别允许的视场数为1，总的可评视场数为1；细系≤1.5，最高级别允许的视场数为3，总的可评视场数为8；注：a=a1+a2+a3，a≤3；b=b1+b2+b3，b≤8；对粗车后的锻件按照EN10228‑3：1998V级进行UT探伤检测；如果锻件的低倍组织检测或非金属夹杂物检测或UT探伤的结果不符合要求，锻件需重新锻造；（7）高温锻造：锻件的始锻温度≤1150℃，锻件的终锻温度≥750℃；对锻件至少进行一次拔长和一次墩粗；高温锻造中的锻造比≥5；（8）冷变形强化：将锻件平放于加热炉中的垫块上，并且在锻件的四周围一圈低温合金钢，锻件装炉时炉内温度≤200℃，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650℃±20℃后保温D1/25h，D1为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件出炉进行锻造；锻件的始锻温度≤700℃，锻件的终锻温度≥500℃，对锻件至少进行一次拔长和一次墩粗，然后对锻件进行整修和滚圆；冷变形强化中的锻造比≥5；（9）循环热处理：对锻件至少进行两次正火，正火步骤为：将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D2/25h，D2为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件出炉空冷至室温；(10)亚温淬火：将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800℃±20℃后保温D3/100h，D3为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件出炉进行淬火，淬火时采用水冷到底的冷却方式；(11)深冷处理：将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D4/25h，D4为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件出炉放在液氮中冷却；(12)回火：将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460℃±20℃后保温D5/12.5h，D5为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件放入水中冷却。