解決k4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，具體為一種解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形的方法。針對(duì)鑄態(tài)K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件在制造過(guò)程中盡管采取了諸多防止鑄件變形的措施，鑄件澆注后仍然會(huì)出現(xiàn)一定程度的變形等問(wèn)題，通過(guò)對(duì)鑄態(tài)K4169高溫合金鑄件尺寸變形部位采用局部加熱處理，然后進(jìn)行快速冷卻的方式促使鑄件尺寸向著反變形的方向發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)了鑄件變形的矯正。由于鑄件的局部加熱溫度不高于鑄件均勻化處理溫度，鑄件變形處理后還要經(jīng)過(guò)固溶處理，采用此技術(shù)對(duì)鑄件的整體質(zhì)量沒(méi)有影響，對(duì)于提升鑄件的尺寸精度有著重要的意義。
【專利說(shuō)明】解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，具體為一種解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形的方法。
【背景技術(shù)】[0002]目前，高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件的制造技術(shù)在國(guó)際上得到廣泛的應(yīng)用。其中，航空發(fā)動(dòng)機(jī)大型機(jī)匣的制造技術(shù)過(guò)去一直被歐美等西方先進(jìn)國(guó)家所壟斷。近年來(lái)，隨著我國(guó)航空工業(yè)的發(fā)展，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造技術(shù)也在不斷邁向新的臺(tái)階。K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)大型機(jī)匣的制造材料目前正在得到廣泛的應(yīng)用，但由于該類合金鑄件成型尺寸大，最小壁厚僅2mm左右，大型薄壁鑄件成型后往往存在一定程度的變形。特別是該類材料的鑄件無(wú)論室溫還是高溫其強(qiáng)度很高，抗變形能力大，因此通過(guò)傳統(tǒng)的矯正方法很難實(shí)現(xiàn)變形的矯正，實(shí)踐中往往是通過(guò)對(duì)尺寸不足的部位進(jìn)行焊接來(lái)滿足尺寸的加工需求。
[0003]如圖1 (a)_圖1 (b)所示，在K4169高溫合金擴(kuò)壓器鑄件出現(xiàn)橢圓變形時(shí)，則勢(shì)必造成鑄件出現(xiàn)長(zhǎng)短軸現(xiàn)象。當(dāng)A部位為鑄件的短軸時(shí)，則該區(qū)域加工量不足。當(dāng)A部位為鑄件的長(zhǎng)軸時(shí)，則該區(qū)域加工后有可能出現(xiàn)內(nèi)部穿透的現(xiàn)象。當(dāng)B區(qū)域變成長(zhǎng)軸時(shí)，則該區(qū)域加工量不足。當(dāng)B區(qū)域變成短軸時(shí)，則該區(qū)域加工后可能出現(xiàn)外部穿透的現(xiàn)象。
[0004]如圖2 (a)_圖2 (b)所示，當(dāng)K4169大型薄壁機(jī)匣鑄件出現(xiàn)橢圓變形(如:A、B、C等部位)時(shí)，同樣是長(zhǎng)軸外部加工后容易出現(xiàn)內(nèi)部穿透，而短軸方向則加工量不足。當(dāng)鑄件出現(xiàn)短軸時(shí)，內(nèi)部加工后外部容易穿透的現(xiàn)象，而長(zhǎng)軸方向加工量不足。
[0005]大型薄壁環(huán)形鑄件出現(xiàn)變形是司空見(jiàn)慣的，關(guān)鍵是要控制變形量能夠滿足加工要求。上述現(xiàn)象發(fā)生后，過(guò)去的習(xí)慣做法是，當(dāng)鑄件外部是短軸時(shí)，通過(guò)焊接的手段補(bǔ)充加工余量。當(dāng)鑄件外部是長(zhǎng)軸時(shí)，同樣在內(nèi)側(cè)通過(guò)焊接的手段補(bǔ)充加工余量。而實(shí)踐證明，由于K4169高溫合金含有一定的Al、Ti含量，焊接過(guò)程中金屬的氧化比較嚴(yán)重，會(huì)出現(xiàn)大量的氧化夾渣等缺陷。這些缺陷有些在鑄件的內(nèi)部，有些在鑄件的表層，造成無(wú)損檢測(cè)時(shí)很難滿足技術(shù)條件的要求。且該合金鑄態(tài)下經(jīng)過(guò)大量的焊接后，有時(shí)還會(huì)加重鑄件的變形。
[0006]因此，提升鑄態(tài)K4169高溫合金鑄件的尺寸精度、提升鑄件的冶金質(zhì)量對(duì)于提升大型機(jī)匣鑄件的制造質(zhì)量，加快生產(chǎn)研制周期以及提升生產(chǎn)研制效率有著重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形的方法，針對(duì)鑄態(tài)K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件在制造過(guò)程中盡管采取了諸多防止鑄件變形的措施，但由于鑄件結(jié)構(gòu)尺寸大，壁厚相差懸殊，因此鑄件澆注后通常會(huì)出現(xiàn)一定程度的變形等問(wèn)題，通過(guò)改變傳統(tǒng)的制造技術(shù)，采用加熱的方式促使鑄件反變形，從而達(dá)到鑄件變形后的矯正目的。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:[0009]一種解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法，取消鑄件的補(bǔ)焊工序，依據(jù)金屬變形的原理，采用局部加熱的方式，造成鑄件出現(xiàn)反方向的變形，從而通過(guò)變形矯正處理達(dá)到解決鑄件變形的目的。
[0010]所述的解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法，大型薄壁環(huán)形鑄件為航空發(fā)動(dòng)機(jī)用薄壁機(jī)匣鑄件和擴(kuò)壓器鑄件。
[0011]所述的解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法，鑄件的變形矯正處理在固溶狀態(tài)下進(jìn)行。
[0012]所述的解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法，具體步驟如下:
[0013]( I)鑄件在變形后出現(xiàn)長(zhǎng)軸和短軸的現(xiàn)象，找到最長(zhǎng)軸和最短軸的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，在鑄件上標(biāo)記為:A軸、B軸；
[0014](2)測(cè)量最長(zhǎng)軸兩側(cè)附近與設(shè)計(jì)要求相符的尺寸點(diǎn)C、D、E、F，在鑄件上作好標(biāo)記，最長(zhǎng)軸一端兩側(cè)標(biāo)記為C、D,最長(zhǎng)軸另一端兩側(cè)標(biāo)記為E、F ；
[0015](3)根據(jù)鑄件變形量的大小，制定合適的保溫時(shí)間；當(dāng)變形較大時(shí)，直徑差在5mm以上，保溫時(shí)間要達(dá)到5min~Smin ;當(dāng)變形較小時(shí)，直徑差在小于5mm時(shí)，保溫時(shí)間要達(dá)到3min ~5min ；
[0016](4)加熱在鑄件的C、D點(diǎn)之間及E、F點(diǎn)之間進(jìn)行，加熱要均勻，最長(zhǎng)軸的點(diǎn)處溫度高些，加熱的溫度控制在1050°C ±50°C之間，變形大時(shí)偏上限，變形小時(shí)偏下限；
[0017](5)加熱保溫后， 直接在空氣中冷卻，使鑄件的局部熱處理接近鑄件的固溶處理狀態(tài)。
[0018]所述的解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法，因鑄件熱矯正處理是鑄件修整工序的內(nèi)容，在鑄件熱矯正后進(jìn)行一次固溶處理，在保護(hù)性氣氛下，加熱到800~1000°C保溫I~2h，以400°C /h~500°C /h冷卻速率爐冷至755°C，空冷消除鑄件局部的熱應(yīng)力。
[0019]所述的解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法，采用乙炔氧氣的加熱方式對(duì)鑄件C、D中間區(qū)域進(jìn)行加熱，加熱溫度控制在1000~1100°C之間，C、D兩點(diǎn)處的溫度低于中間部位的溫度。
[0020]所述的解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法，采用乙炔氧氣的加熱方式對(duì)鑄件E、F中間區(qū)域進(jìn)行加熱，加熱溫度控制在1000~1100°C之間，E、F兩點(diǎn)處的溫度低于中間部位的溫度。
[0021]所述的解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法，通過(guò)采用鑄件局部加熱的方式對(duì)大型薄壁環(huán)形鑄件的尺寸矯正，對(duì)于環(huán)形鑄件出現(xiàn)橢圓變形時(shí)，對(duì)鑄件的長(zhǎng)軸以及長(zhǎng)軸兩端附近區(qū)域進(jìn)行加熱處理，減小鑄件的變形；當(dāng)彎曲的金屬在加熱后，由于金屬內(nèi)部的原子密度不同，曲率大的部位原子密度大于曲率小的部位原子密度，經(jīng)過(guò)高溫的原子擴(kuò)散，最終趨向于金屬內(nèi)部的原子間距接近，因此外徑方向的膨脹始終小于內(nèi)側(cè)方向的膨脹。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是:
[0023]1、本發(fā)明在鑄件變形后加熱的部位、加熱的溫度、加熱的方式、加熱后的冷卻方法等方面加以改進(jìn)，通過(guò)對(duì)鑄態(tài)K4169高溫合金鑄件尺寸變形部位采用局部加熱處理，然后進(jìn)行快速冷卻的方式促使鑄件尺寸向著反變形的方向發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)了鑄件變形的矯正。由于鑄件的局部加熱溫度不高于鑄件均勻化處理溫度，鑄件變形處理后還要經(jīng)過(guò)固溶處理，因此采用此技術(shù)對(duì)鑄件的整體質(zhì)量沒(méi)有影響，但對(duì)于提升鑄件的尺寸精度卻有著重要的意義。
[0024]2、本發(fā)明K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)大型機(jī)匣類零件的制造技術(shù)，可以滲透到各個(gè)機(jī)種。該類鑄件的成功交付，對(duì)于開(kāi)展各種新型發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，提升我國(guó)的國(guó)防能力，有著重要的意義。
[0025]3、本發(fā)明K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)大型機(jī)匣類零件，其單件價(jià)值在20萬(wàn)~100萬(wàn)之間。如果生產(chǎn)交付10件合格鑄件，其價(jià)值就可達(dá)到200萬(wàn)~1000萬(wàn)之間，有著顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1 (a)_圖1 (b)為K4169高溫合金擴(kuò)壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖1 (a)為局部橫截面放大圖；圖1 (b)為 立體圖。
[0027]圖2 (a)_圖2 (b)為K4169大型薄壁機(jī)匣的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖2 (a)為局部橫截面放大圖；圖2 (b)為立體圖。
[0028]圖3為K4169大型薄壁機(jī)匣鑄件1/4局部示意圖。
[0029]圖4為K4169高溫合金擴(kuò)壓器鑄件尺寸變形示意圖。
[0030]圖5為K4169大型薄壁機(jī)匣鑄件矯正前的示意圖。
[0031]圖6為K4169高溫合金擴(kuò)壓器鑄件成品示意圖。圖中，I內(nèi)環(huán)，壁厚2.0mm ;2外環(huán)，壁厚2.0mm ；3支板，壁厚2.0mm。
[0032]圖7為K4169大型薄壁機(jī)匣鑄件成品示意圖。圖中，I內(nèi)環(huán)，壁厚2.0mm ;2外環(huán)，壁厚2.0mm ;3支板，壁厚2.0mm。
【具體實(shí)施方式】
[0033]如圖2 Ca)-圖2 (b)所示，K4169大型薄壁機(jī)匣鑄件由外環(huán)、內(nèi)環(huán)及支板組成，圖中箭頭所示C部位壁厚僅2.0mm。鑄件最大輪廓尺寸960mm,高度190mm,是典型的大型薄壁機(jī)匣結(jié)構(gòu)件。該件采用K4169高溫合金鑄造，具有在中溫下長(zhǎng)期工作的能力，有較好的抗高溫蠕變及高溫持久能力。
[0034]本發(fā)明解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形的方法，取消鑄件的補(bǔ)焊工序，依據(jù)金屬變形的原理，采用局部加熱的方式，造成鑄件出現(xiàn)反方向的變形，從而達(dá)到解決鑄件變形的目的，具體如下:
[0035]( I)鑄件的組織結(jié)構(gòu)
[0036]鑄態(tài)K4169高溫合金鑄件是在均勻化處理、固溶處理和時(shí)效處理的狀態(tài)下發(fā)出加工的，其熱處理參數(shù)如表1所示。
[0037]鑄件經(jīng)過(guò)均勻化處理后，組織結(jié)構(gòu)為六面體的面心結(jié)構(gòu)奧氏體組織，成分偏析的現(xiàn)象減少，成分中的有害項(xiàng)部分溶入到基體組織中，整體組織趨于均勻。鑄件經(jīng)過(guò)固溶處理后，性能得到進(jìn)一步的提升。時(shí)效處理是在鑄件加工后進(jìn)行的，目的是通過(guò)高溫合金的析出相進(jìn)一步提升合金的使用性能。鑄件的焊接、變形矯正處理都是在固溶狀態(tài)下進(jìn)行的，鑄件加工時(shí)效后不能采用熱矯正的方法，否則鑄件的力學(xué)性能將明顯下降，達(dá)不到使用的性能要求。
[0038]表1
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法，其特征在于，取消鑄件的補(bǔ)焊工序，依據(jù)金屬變形的原理，采用局部加熱的方式，造成鑄件出現(xiàn)反方向的變形，從而通過(guò)變形矯正處理達(dá)到解決鑄件變形的目的。
2.按照權(quán)利要求1所述的解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法，其特征在于，大型薄壁環(huán)形鑄件為航空發(fā)動(dòng)機(jī)用薄壁機(jī)匣鑄件和擴(kuò)壓器鑄件。
3.按照權(quán)利要求1所述的解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法，其特征在于，鑄件的變形矯正處理在固溶狀態(tài)下進(jìn)行。
4.按照權(quán)利要求1所述的解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法，其特征在于，具體步驟如下: (1)鑄件在變形后出現(xiàn)長(zhǎng)軸和短軸的現(xiàn)象，找到最長(zhǎng)軸和最短軸的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，在鑄件上標(biāo)記為:A軸、B軸； (2)測(cè)量最長(zhǎng)軸兩側(cè)附近與設(shè)計(jì)要求相符的尺寸點(diǎn)C、D、E、F，在鑄件上作好標(biāo)記，最長(zhǎng)軸一端兩側(cè)標(biāo)記為C、D,最長(zhǎng)軸另一端兩側(cè)標(biāo)記為E、F ； (3)根據(jù)鑄件變形量的大小，制定合適的保溫時(shí)間；當(dāng)變形較大時(shí)，直徑差在5mm以上，保溫時(shí)間要達(dá)到5min~Smin ;當(dāng)變形較小時(shí)，直徑差在小于5mm時(shí)，保溫時(shí)間要達(dá)到3min ~5min ； (4)加熱在鑄件的C、D點(diǎn)之間及E、F點(diǎn)之間進(jìn)行，加熱要均勻，最長(zhǎng)軸的點(diǎn)處溫度高些，加熱的溫度控制在1050°C ±50°C之間，變形大時(shí)偏上限，變形小時(shí)偏下限； (5)加熱保溫后，直接在空氣中冷卻，使鑄件的局部熱處理接近鑄件的固溶處理狀態(tài)。
5.按照權(quán)利要求1所述的解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法，其特征在于，因鑄件熱矯正處理是鑄件修整工序的內(nèi)容，在鑄件熱矯正后進(jìn)行一次固溶處理，在保護(hù)性氣氛下，加熱到800~1000°C保溫I~2h，以400°C /h~500°C /h冷卻速率爐冷至7550C，空冷消除鑄件局部的熱應(yīng)力。
6.按照權(quán)利要求1所述的解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法，其特征在于，采用乙炔氧氣的加熱方式對(duì)鑄件C、D中間區(qū)域進(jìn)行加熱，加熱溫度控制在1000~1100°C之間，C、D兩點(diǎn)處的溫度低于中間部位的溫度。
7.按照權(quán)利要求1所述的解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法，其特征在于，采用乙炔氧氣的加熱方式對(duì)鑄件E、F中間區(qū)域進(jìn)行加熱，加熱溫度控制在1000~1100°C之間，E、F兩點(diǎn)處的溫度低于中間部位的溫度。
8.按照權(quán)利要求1所述的解決K4169高溫合金大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形方法，其特征在于，通過(guò)采用鑄件局部加熱的方式對(duì)大型薄壁環(huán)形鑄件的尺寸矯正，對(duì)于環(huán)形鑄件出現(xiàn)橢圓變形時(shí)，對(duì)鑄件的長(zhǎng)軸以及長(zhǎng)軸兩端附近區(qū)域進(jìn)行加熱處理，減小鑄件的變形；當(dāng)彎曲的金屬在加熱后，由于金屬內(nèi)部的原子密度不同，曲率大的部位原子密度大于曲率小的部位原子密度，經(jīng)過(guò)高溫的原子擴(kuò)散，最終趨向于金屬內(nèi)部的原子間距接近，因此外徑方向的膨脹始終小于內(nèi)側(cè)方向的膨脹。
【文檔編號(hào)】C22F1/10GK103614678SQ201310581770
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】費(fèi)晶, 顧欣, 丁山, 張敬凱, 林新剛 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司