鈷基高溫合金多臺階大型異形環(huán)件的成形方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多臺階大型異形環(huán)件的成形方法，特別是涉及了鈷基高溫合金多臺階大型異形環(huán)件的成形方法。
【背景技術】
[0002]異形環(huán)鍛件按照零件外形輪廓設計，能有效提高材料利用率、獲得比較理想的性能及與零件外形輪廓相匹配的流線。但是實際中零件的形狀往往千奇百怪，很難做到完全按照零件外形輪廓設計，只能設計成與零件截面相近而又比較簡單的異形環(huán)鍛件，這種方法與矩形環(huán)鍛件相比，其材料利用率雖然有所提高，但是提升量有限。目前，乳制成形的異形環(huán)件大多為簡單的異形環(huán)件，例如，僅有一個、兩個或三個臺階的異形環(huán)。而對于含有多個臺階(三個以上)的大型異形環(huán)件，其截面變化復雜，對于坯料及模具的設計要求非常高，國內(nèi)外很少有廠家能夠直接乳制成形。
[0003]2013年01月16日公開的中國發(fā)明專利說明書CN 102873511A公開了一種擁有三個臺階的復雜截面環(huán)件徑向乳制成形方法，該方法先將圓柱形棒材鋸切成適當尺寸的料段，將料段從室溫均勻加熱到奧氏體溫度并保溫后，經(jīng)滾圓、鐓粗并模鍛成兩端有凹孔的預鍛件，最后在預鍛件中間沖孔、沖連皮得到乳制用環(huán)件毛坯，在將毛坯回爐加熱，當溫度達到目標溫度并保溫后取出，放入徑向乳環(huán)機封閉式孔型內(nèi)乳制成形，經(jīng)過多轉(zhuǎn)乳制變形成為規(guī)定形狀尺寸的擁有三個臺階的復雜截面環(huán)形鍛件，在經(jīng)正火、回火熱處理以保障力學性能，最后將鍛件切削加工成成品環(huán)件。該方法成形的三臺階環(huán)件，乳制的過程中，與模具的接觸都是平面接觸，因此成形較為簡單。而對于復雜的多臺階異形環(huán)件，采用該方法成形時，由于坯料或模具設計不合理，或者乳制過程中坯料和模具的匹配不合理，都會嚴重影響成形效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種鈷基高溫合金多臺階大型異形環(huán)件的成形方法，該方法通過對制圖軟件輔助制備中間環(huán)坯，以及對乳制過程與脹形過程進行控制，實現(xiàn)鈷基高溫合金多臺階大型異形環(huán)件的成形。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明所述鈷基高溫合金多臺階大型異形環(huán)件的成形方法，其技術方案包括以下步驟:
[0006]根據(jù)鈷基高溫合金多臺階大型異形環(huán)件的結構特點，借助制圖軟件從高度方向上等距逐層切割鍛件截面，獲取多臺階大型異形環(huán)件截面面積數(shù)據(jù)并制成曲線，得到多臺階大型異形環(huán)件截面面積與高度的變化關系；再根據(jù)多臺階大型異形環(huán)件截面面積與高度的變化趨勢，以及等體積原則，通過在制圖軟件上進行描點，繪制中間環(huán)坯的截面面積與高度的變化關系曲線，從而可以獲得中間環(huán)坯外形及尺寸；
[0007]取一定規(guī)格的鈷基高溫合金棒材，加熱至鍛造溫度后，再經(jīng)過鐓粗、沖孔、預乳成矩形環(huán)坯；按照中間環(huán)坯的外形及尺寸，經(jīng)過胎膜成形獲得中間環(huán)坯；
[0008]將中間環(huán)坯套入環(huán)乳機的芯輥中，將中間環(huán)坯所在的工作臺面抬高5mm?10mm，直到中間環(huán)坯被完全咬入后放開，使中間環(huán)坯處于傾斜狀態(tài)；驅(qū)動主輥靠近中間環(huán)坯，使主輥先與中間環(huán)坯的下端接觸；啟動環(huán)乳機，進行乳制，金屬材料開始填充模具型腔，并且由下而上逐步完成了各臺階的成形，此過程中，中間環(huán)坯從傾斜狀態(tài)恢復到正常狀態(tài)，得到異形環(huán)乳件；
[0009]將異形環(huán)乳件裝入脹形機，脹形的目標尺寸以多臺階大型異形環(huán)件的下端內(nèi)徑為基準，對異形環(huán)乳件進行脹形，達到目標尺寸后，保持20s?30s，得到多臺階大型異形環(huán)件。
[0010]所述主輥的型面按照多臺階大型異形環(huán)件外徑型面進行制作，主輥的高度H1= Η?X (1+Φ) + Ρ i，式中，H#s為多臺階大型異形環(huán)件高度，Φ為材料的熱收縮率，ρ:為主輥的高度補償量；P:均勻分布在主輥的上下兩端。
[0011]所述芯輥的型面按照多臺階大型異形環(huán)件內(nèi)徑型面進行制作，芯輥的高度H2= Η?X (1+Φ) + Ρ2，式中，H#s為多臺階大型異形環(huán)件高度，Φ為材料的熱收縮率，。2為芯輥的高度補償量；P 2均勻分布在芯輥的上下兩端。
[0012]所述異形環(huán)乳件的外徑R' =R_e，式中，R為多臺階大型異形環(huán)件的外徑，ε為后續(xù)脹形變形量；所述異形環(huán)乳件的內(nèi)徑r' =r-e，式中，r為多臺階大型異形環(huán)件的外徑，ε為后續(xù)脹形變形量。
[0013]所述脹形的目標尺寸r2=riX (1+Φ)+δ，式中，巧為多臺階大型異形環(huán)件的下端內(nèi)徑，Φ為材料的熱收縮率，S為回彈補償量。
[0014]所述鈷基高溫合金為GH188合金，其熱收縮率Φ為0.3%。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下:
[0016]本發(fā)明所述鈷基高溫合金多臺階大型異形環(huán)件的成形方法，通過采用制圖軟件輔助設計中間環(huán)坯，使中間環(huán)坯的截面面積與多臺階大型異形環(huán)件的截面面積基本保持一致，克服了該多臺階大型異形環(huán)件截面突變區(qū)域較多，難以成形的難點。
[0017]乳制過程中，將中間環(huán)坯所在的工作臺面抬高5mm?10mm，使主輥先與中間坯的下端接觸，保證多臺階大型異形環(huán)件的各臺階由下而上順利填充，不會出現(xiàn)偏筋、串筋等現(xiàn)象。主輥和芯輥分別添加了 Ρρ 02的補償量，防止異形環(huán)件乳制時出現(xiàn)爬輥現(xiàn)象，導致偏筋或串筋。乳制得到的異形環(huán)乳件的內(nèi)外徑尺寸與多臺階大型異形環(huán)件相比均小ε，為后續(xù)脹形留有了余量。
[0018]脹形過程中，留有了 δ大小的回彈補償量，保證了最終成形的鈷基高溫合金多臺階大型異形環(huán)件的尺寸。
[0019]以牌號為GH188的鈷基高溫合金多臺階大型異形環(huán)件為例:
[0020]經(jīng)檢測該合金多臺階大型異形環(huán)件偏筋或串筋等缺陷，外形尺寸完整。
[0021]經(jīng)檢測該合金多臺階大型異形環(huán)件的室溫拉伸性能，其抗拉強度為935MPa?940MPa (大于設計使用要求的860MPa)，伸長率為0.2 %時的屈服強度為440MPa?450MPa(大于設計使用要求的380MPa)，斷后伸長率為58.5%?64.5% (大于設計使用要求的45% )。
[0022]經(jīng)檢測該合金多臺階大型異形環(huán)件的高溫拉伸持久試驗的檢測結果也均符合技術條件要求。
[0023]上述檢測結果表明，采用成形方法成形的GH188多臺階大型異形環(huán)件各項性能指標均符合要求。
【附圖說明】
[0024]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0025]圖1是多臺階大型異形環(huán)件結構示意圖。
[0026]圖2是多臺階大型異形環(huán)件與中間環(huán)坯的截面面積一高度的變化關系曲線。
[0027]圖3是第一次胎膜鍛造示意圖。
[0028]圖4是第二次胎膜鍛造示意圖。
[0029]圖5是乳制形成過程示意圖。
[0030]圖6是異形環(huán)乳件結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031]實施本發(fā)明所述的鈷基高溫合金多臺階大型異形環(huán)件的成形方法需要提供鍛造加熱爐、壓力機、乳環(huán)機、脹形機、機械手等設備。下面以我國材料牌號為GH188的鈷基高溫合金為例來詳細說明該方法的【具體實施方式】:
[0032]該合金的主要