一种难变形高温合金铸锭挤压开坯包套方法与流程

1.本发明属于材料加工技术领域，特别是涉及一种难变形高温合金铸锭挤压开坯包套方法。


背景技术：

2.难变形高温合金因强化相含量高、合金化程度高及优良的高温组织稳定性，其综合力学性能可以达到粉末高温合金水平，承温能力也相对传统变形高温合金更高。目前已成为高推重比航空航天发动机部件的关键选材，主要用于制造航空航天发动机涡轮盘、压气机盘、机匣、叶片等零件。
3.难变形高温合金的相含量高、合金化程度高，在铸锭挤压开坯过程中热塑性差、变形抗力大、可变形温度范围窄、表面开裂等问题，且温降速度快。由于难变形高温合金可变形温度范围窄，低于可变形温度时，其合金热加工性能极差，导致挤压棒材表面开裂、变形抗力增大，使挤压力突增，超出挤压设备能力造成闷车现场出现，因此难变形高温合金铸锭挤压开坯过程中挤压温度的控制对于获得的细晶棒材尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种难变形高温合金铸锭挤压开坯包套方法，通过优化包套结构以降低温降速度，以解决挤压过程中挤压棒材表面开裂、变形抗力增大的问题，使难变形高温合金铸锭挤压开坯顺利完成。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明为一种难变形高温合金铸锭挤压开坯包套方法，包括以下步骤：
7.步骤一：制造挤压开坯包套，包套由前垫、后垫和外筒组成，前垫和后垫置于外筒的两端，并与外筒组成供铸锭放置的容腔；
8.步骤二：铸锭加工，通过截断设备将难变形合金整体坯料截为与外筒相匹配的圆柱状坯料铸锭，并将端面加工平整；
9.步骤三：将外筒加热至300℃～400℃，并保温2～4h；
10.步骤四：将铸锭压入外筒的内腔中，铸锭的两端均伸出外筒端部15mm；
11.步骤五：采用不锈钢专用焊条分别对前垫下部倒角与外筒上部倒角和后垫上部倒角与外筒下部倒角进行连续焊接，焊后人工清除表面氧化皮与杂物，并喷砂处理；
12.步骤六：将包有包套的铸锭置入加热炉内预热至200℃～250℃，并保温20～30min，预热后迅速出炉，并在包套表面喷涂玻璃润滑剂并晾干；
13.步骤七：将包有包套的铸锭置入高温电阻炉中进行加热；
14.步骤八：按要求进行挤压模安装，挤压筒和挤压模进行预热，预热温度为250℃～300℃，之后对挤压筒和挤压模使用润滑脂进行润滑，将润滑脂均匀喷涂到挤压模和挤压筒内表面；
15.步骤九：将包有包套的加热完成的铸锭从高温电阻炉中转移到挤压装置，前垫一
端在下放入挤压缸，转运时间≤1min；
16.步骤十：按设定的挤压速度进行挤压，前垫首先从挤压模中被挤出，后垫最后从挤压模中被挤出，之后将包套通过机加工去除，得到难变形高温合金挤压细晶棒材成品。
17.进一步地，前垫和后垫的表面上均设置有通气孔；前垫、后垫和外筒的材料分别为304、316和321奥氏体不锈钢。
18.进一步地，前垫上部设有倒角，倒角的角度α与挤压模角一致，设置为25
°
～45
°
，前垫上部外径d1＝d-5mm～10mm，d为挤压模直径。
19.进一步地，前垫的高度h1＝15+h1+(d2-d1)/2*tanα，当挤压筒直径d≤500mm时，h1为15mm～50mm，当挤压筒直径d＞500mm时，h1为50mm～150mm，h1具体高度根据挤压模直径大小来确定。
20.进一步地，后垫下部距下端面30mm处沿着圆周方向倒30
°
倒角。
21.进一步地，后垫的高度h3＝15+h2+30，当挤压筒直径d≤500mm时，h2为30mm～50mm，当挤压筒直径d＞500mm时，h2为50mm～100mm，h2具体高度根据挤压模直径大小来确定。
22.进一步地，外筒的高度由铸锭的高度来确定，外筒的高度h2＝(d2-2t)*1～2-15mm*2，当挤压筒直径d≤500mm时，h2为300～800mm，当挤压筒直接d＞500mm时，h2为800mm～1500mm；前垫、后垫和外筒的外径d2根据工艺要求并配合挤压筒的尺寸大小确定，当挤压筒直径d≤500mm时，d2＝d-15mm～20mm，当挤压筒直径d＞500mm时，d2＝d-25mm～40mm。
23.进一步地，外筒的内径小于铸锭的外圆0.5～1mm。
24.进一步地，前垫的下部设有深度为15mm的凹槽，凹槽肩部厚度t为10mm～20mm；后垫的上部设有深度为15mm的凹槽，凹槽肩部厚度t为10mm～20mm。
25.进一步地，前垫下部外圆沿着圆周方向倒37.5
°±
2.5
°
的倒角，并留有1～2mm钝边；后垫上部外圆沿着圆周方向倒37.5
°±
2.5
°
的倒角，并留有1～2mm钝边；外筒的两端均沿着圆周方向倒37.5
°±
2.5
°
的倒角，并留有1～2mm钝边；前垫的该倒角与外筒上部的该倒角拼接成焊接用的v型槽，后垫的该倒角与外筒下部的该倒角拼接成焊接用的v型槽。
26.本发明具有以下有益效果：通过对铸锭的挤压开坯包套结构进行优化设计，设计出适用于难变形高温合金的前垫和后垫，挤压前期时，坯料铸锭自动定位引入挤压模中，前垫前期参与变形使铸锭直接进入稳定挤压阶段，提前获得均质、细小棒材，挤压后期后垫充当压余使铸锭全部挤压，减少缩尾，大大提高材料利用率，解决了挤压过程中挤压棒材表面开裂、变形抗力增大的问题，使难变形高温合金铸锭挤压开坯顺利完成。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为包套具体结构示意图；
29.图2为包套与铸锭装配结构示意图。
30.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
31.1、前垫；2、后垫；3、外筒；4、铸锭。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
33.请参阅图1至2所示，本发明为一种难变形高温合金铸锭挤压开坯包套方法，包括以下步骤：
34.步骤一：制造挤压开坯包套，包套由前垫1、后垫2和外筒3组成，前垫1和后垫2置于外筒3的两端，并与外筒3组成供铸锭4放置的容腔，且前垫1和后垫2的表面上均设置有通气孔；前垫1、后垫2和外筒3的材料分别为304、316和321奥氏体不锈钢；
35.步骤二：铸锭4加工，通过截断设备将难变形合金整体坯料截为与外筒3相匹配的圆柱状坯料铸锭4，并将端面加工平整；
36.步骤三：将外筒3加热至300℃～400℃，并保温2～4h；
37.步骤四：将铸锭4压入外筒3的内腔中，铸锭4的两端均伸出外筒3端部15mm；
38.步骤五：采用不锈钢专用焊条分别对前垫1下部倒角与外筒3上部倒角和后垫2上部倒角与外筒3下部倒角进行连续焊接，焊后人工清除表面氧化皮与杂物，并喷砂处理；
39.步骤六：将包有包套的铸锭4置入加热炉内预热至200℃～250℃，并保温20～30min，预热后迅速出炉，并在包套表面喷涂玻璃润滑剂并晾干；
40.步骤七：将包有包套的铸锭4置入高温电阻炉中进行加热；
41.步骤八：按要求进行挤压模安装，挤压筒和挤压模进行预热，预热温度为250℃～300℃，之后对挤压筒和挤压模使用润滑脂进行润滑，将润滑脂均匀喷涂到挤压模和挤压筒内表面；
42.步骤九：将包有包套的加热完成的铸锭4从高温电阻炉中转移到挤压装置，前垫1一端在下放入挤压缸，转运时间≤1min；
43.步骤十：按设定的挤压速度进行挤压，前垫1首先从挤压模中被挤出，后垫2最后从挤压模中被挤出，之后将包套通过机加工去除，得到难变形高温合金挤压细晶棒材成品。
44.实施例一
45.当铸锭4的规格为φ440mmx500mm，材质为gh4169，挤压筒直径d为480mm，挤压模直径d为225mm，挤压模角为35
°
，h1为15mm，h2为30mm，包套厚度t为10mm，外筒3的外径d2为460mm，此时挤压开坯包套各部将前垫1、后垫2和外筒3的规格可设置如下：
46.前垫1上部倒角α与挤压模角一致，为35
°
，前垫1上部外径d1＝d-5mm～10mm，d为挤压模直径，代入数据得到d1为220mm；前垫1的高度h1＝15+h1+(d2-d1)/2*tanα，当挤压筒直径d≤500mm时，h1为15mm～50mm，当挤压筒直径d＞500mm时，h1为50mm～150mm，h1具体高度根据挤压模直径大小来确定，代入数据得到h1为114mm。
47.后垫2下部距下端面30mm处沿着圆周方向倒30
°
倒角；后垫2的高度h3＝15+h2+30，当挤压筒直径d≤500mm时，h2为30mm～50mm，当挤压筒直径d＞500mm时，h2为50mm～100mm，h2具体高度根据挤压模直径大小来确定，代入数据得到h3为75mm。
48.外筒3的高度由铸锭4的高度来确定，外筒3的高度h2＝(d2-2t)*1～2-15mm*2，当挤压筒直径d≤500mm时，h2为300～800mm，当挤压筒直接d＞500mm时，h2为800mm～1500mm，
代入数据得到h2为410mm；前垫1、后垫2和外筒3的外径d2根据工艺要求并配合挤压筒的尺寸大小确定，当挤压筒直径d≤500mm时，d2＝d-15mm～20mm，当挤压筒直径d＞500mm时，d2＝d-25mm～40mm；外筒3的内径小于铸锭4的外圆0.5～1mm。
49.前垫1的下部设有深度为15mm的凹槽，凹槽肩部厚度t为10mm；后垫2的上部设有深度为15mm的凹槽，凹槽肩部厚度t为10mm；前垫1下部外圆沿着圆周方向倒37.5
°±
2.5
°
的倒角，并留有1～2mm钝边；后垫2上部外圆沿着圆周方向倒37.5
°±
2.5
°
的倒角，并留有1～2mm钝边；外筒3的两端均沿着圆周方向倒37.5
°±
2.5
°
的倒角，并留有1～2mm钝边；前垫1的该倒角与外筒3上部的该倒角拼接成焊接用的v型槽，后垫2的该倒角与外筒3下部的该倒角拼接成焊接用的v型槽。
50.本发明通过对铸锭4的挤压开坯包套结构进行优化设计，设计出适用于难变形高温合金的前垫1和后垫2，挤压前期时，坯料铸锭4自动定位引入挤压模中，前垫1前期参与变形使铸锭4直接进入稳定挤压阶段，提前获得均质、细小棒材，挤压后期后垫2充当压余使铸锭4全部挤压，减少缩尾，大大提高材料利用率。
51.以上仅为本发明的优选实施例，并不限制本发明，任何对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，对其中部分技术特征进行等同替换，所作的任何修改、等同替换、改进，均属于在本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种难变形高温合金铸锭挤压开坯包套方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：制造挤压开坯包套，包套由前垫(1)、后垫(2)和外筒(3)组成，前垫(1)和后垫(2)置于外筒(3)的两端，并与外筒(3)组成供铸锭(4)放置的容腔；步骤二：铸锭(4)加工，通过截断设备将难变形合金整体坯料截为与外筒(3)相匹配的圆柱状坯料铸锭(4)，并将端面加工平整；步骤三：将外筒(3)加热至300℃～400℃，并保温2～4h；步骤四：将铸锭(4)压入外筒(3)的内腔中，铸锭(4)的两端均伸出外筒(3)端部15mm；步骤五：采用不锈钢专用焊条分别对前垫(1)下部倒角与外筒(3)上部倒角和后垫(2)上部倒角与外筒(3)下部倒角进行连续焊接，焊后人工清除表面氧化皮与杂物，并喷砂处理；步骤六：将包有包套的铸锭(4)置入加热炉内预热至200℃～250℃，并保温20～30min，预热后迅速出炉，并在包套表面喷涂玻璃润滑剂并晾干；步骤七：将包有包套的铸锭(4)置入高温电阻炉中进行加热；步骤八：按要求进行挤压模安装，挤压筒和挤压模进行预热，预热温度为250℃～300℃，之后对挤压筒和挤压模使用润滑脂进行润滑，将润滑脂均匀喷涂到挤压模和挤压筒内表面；步骤九：将包有包套的加热完成的铸锭(4)从高温电阻炉中转移到挤压装置，前垫(1)一端在下放入挤压缸，转运时间≤1min；步骤十：按设定的挤压速度进行挤压，前垫(1)首先从挤压模中被挤出，后垫(2)最后从挤压模中被挤出，之后将包套通过机加工去除，得到难变形高温合金挤压细晶棒材成品。2.根据权利要求1所述的一种难变形高温合金铸锭挤压开坯包套方法，其特征在于，所述前垫(1)和所述后垫(2)的表面上均设置有通气孔；所述前垫(1)、所述后垫(2)和所述外筒(3)的材料分别为304、316和321奥氏体不锈钢。3.根据权利要求1所述的一种难变形高温合金铸锭挤压开坯包套方法，其特征在于，所述前垫(1)上部设有倒角，倒角的角度α与挤压模角一致，设置为25
°
～45
°
，所述前垫(1)上部外径d1＝d-5mm～10mm，d为挤压模直径。4.根据权利要求1所述的一种难变形高温合金铸锭挤压开坯包套方法，其特征在于，所述前垫(1)的高度h1＝15+h1+(d2-d1)/2*tanα，当挤压筒直径d≤500mm时，h1为15mm～50mm，当挤压筒直径d＞500mm时，h1为50mm～150mm，h1具体高度根据挤压模直径大小来确定。5.根据权利要求1所述的一种难变形高温合金铸锭挤压开坯包套方法，其特征在于，所述后垫(2)下部距下端面30mm处沿着圆周方向倒30
°
倒角。6.根据权利要求1所述的一种难变形高温合金铸锭挤压开坯包套方法，其特征在于，所述后垫(2)的高度h3＝15+h2+30，当挤压筒直径d≤500mm时，h2为30mm～50mm，当挤压筒直径d＞500mm时，h2为50mm～100mm，h2具体高度根据挤压模直径大小来确定。7.根据权利要求1所述的一种难变形高温合金铸锭挤压开坯包套方法，其特征在于，所述外筒(3)的高度由所述铸锭(4)的高度来确定，所述外筒(3)的高度h2＝(d2-2t)*1～2-15mm*2，当挤压筒直径d≤500mm时，h2为300～800mm，当挤压筒直接d＞500mm时，h2为800mm～1500mm；
所述前垫(1)、后垫(2)和外筒(3)的外径d2根据工艺要求并配合挤压筒的尺寸大小确定，当挤压筒直径d≤500mm时，d2＝d-15mm～20mm，当挤压筒直径d＞500mm时，d2＝d-25mm～40mm。8.根据权利要求1所述的一种难变形高温合金铸锭挤压开坯包套方法，其特征在于，所述外筒(3)的内径小于铸锭(4)的外圆0.5～1mm。9.根据权利要求1所述的一种难变形高温合金铸锭挤压开坯包套方法，其特征在于，所述前垫(1)的下部设有深度为15mm的凹槽，凹槽肩部厚度t为10mm～20mm；所述后垫(2)的上部设有深度为15mm的凹槽，凹槽肩部厚度t为10mm～20mm。10.根据权利要求1所述的一种难变形高温合金铸锭挤压开坯包套方法，其特征在于，所述前垫(1)下部外圆沿着圆周方向倒37.5
°±
2.5
°
的倒角，并留有1～2mm钝边；所述后垫(2)上部外圆沿着圆周方向倒37.5
°±
2.5
°
的倒角，并留有1～2mm钝边；所述外筒(3)的两端均沿着圆周方向倒37.5
°±
2.5
°
的倒角，并留有1～2mm钝边；所述前垫(1)的该倒角与所述外筒(3)上部的该倒角拼接成焊接用的v型槽，所述后垫(2)的该倒角与所述外筒(3)下部的该倒角拼接成焊接用的v型槽。

技术总结
本发明公开了一种难变形高温合金铸锭挤压开坯包套方法，涉及材料加工技术领域。本发明包括以下步骤：步骤一：制造挤压开坯包套，包套由前垫、后垫和外筒组成，前垫和后垫置于外筒的两端，并与外筒组成供铸锭放置的容腔；步骤二：铸锭加工，通过截断设备将难变形合金整体坯料截为与外筒相匹配的圆柱状坯料铸锭；步骤三：将外筒加热至300℃～400℃，并保温2～4h；步骤四：将铸锭压入外筒的内腔中，铸锭的两端均伸出外筒端部15mm；步骤五：采用不锈钢专用焊条将前垫与外筒上部和后垫与外筒下部焊接起来。本发明通过优化包套结构以降低温降速度，以解决挤压过程中挤压棒材表面开裂、变形抗力增大的问题，使难变形高温合金铸锭挤压开坯顺利完成。坯顺利完成。坯顺利完成。


技术研发人员：韩宾 魏永胜 朱林 李德清 杜红强 何青生 赵霞年
受保护的技术使用者：青海中钛青锻装备制造有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/9/23