阅读说明：本技术 一种航空用高性能转子锻件的制造方法 (manufacturing method of high-performance rotor forging for aviation ) 是由 马苏 吴剑 朱乾皓 徐锋 张斌 张洪浚 陈艺杰 于 2019-09-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种航空用高性能转子锻件的制造方法,方法步骤如下：下料→拔长→退火→锯切→锻打→粗车→预备热处理→调质热处理。上述的制造方法能使所述转子锻件的机械性能达到如下要求：抗拉强度Rm(Mpa)≥1250,屈服强度Re(Mpa)≥1000,延伸率A(%)≥10,收缩率Z(%)≥45,Aku/20℃≥40,并且能使转子锻件在淬火时不易开裂。(the invention discloses a method for manufacturing a high-performance rotor forging for aviation, which comprises the following steps: blanking → drawing long → annealing → sawing → forging → rough turning → preliminary heat treatment → thermal refining heat treatment. The manufacturing method can ensure that the mechanical property of the rotor forging piece meets the following requirements: the tensile strength Rm (mpa) is more than or equal to 1250, the yield strength Re (mpa) is more than or equal to 1000, the elongation A (%). is more than or equal to 10, the shrinkage Z (%). is more than or equal to 45, Aku/20 ℃ is more than or equal to 40, and the rotor forging is not easy to crack during quenching.)

一种航空用高性能转子锻件的制造方法

技术领域

本发明涉及轴类锻件锻造领域，具体涉及一种航空用高性能转子锻件的制造方法。

背景技术

航空用高性能转子的制造是目前航空产业供应链中的主要瓶颈，航空用转子作为高速旋转零部件，要求具有高的强度、高的韧性和高的抗疲劳性能。现在有一类两端面上均带深环形凹槽的航空用转子，该类转子的外径为φ700～800mm、高度为400～500mm、机械性能要求为：抗拉强度Rm(Mpa)≥1250，屈服强度Re(Mpa)≥1000，延伸率A(%)≥10，收缩率Z(%)≥45，Aku/20℃≥40；通常先制造与转子尺寸相近的转子锻件，然后在通过对转子锻件进行精车加工来得到转子，采用现有的轴类锻件制造工艺制造满足上述航空用转子机械性能要求的转子锻件时，由于转子锻件两端面上粗车有深环形凹槽，使得转子锻件在淬火时容易开裂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：将提供一种转子锻件淬火时不易开裂且能使转子锻件的机械性能达到要求的航空用高性能转子锻件的制造方法。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：一种航空用高性能转子锻件的制造方法，方法步骤如下：下料→拔长→退火→锯切→锻打→粗车→预备热处理→调质热处理，其特征在于：

（1）下料工序中：选用的钢料为4340H钢；

（2）调质热处理工序中：对锻件依次进行淬火和回火，淬火：加热时，锻件装炉温度≤300℃，升温至650±10℃后保温1.8～2.2h，升温速度≤100℃/h，接着升温至850±10℃后保温8.8～9.2h，升温速度≤100℃/h，接着出炉淬火；淬火前，将门窗关闭，防止有风直接吹在锻件表面，锻件从炉中转运至水池入水时间不得超过1.5min，提前开动水池的循环搅拌系统，水池中的PAG淬火液温度控制在15～40℃之间，并且水池中各部分PAG淬火液的温差控制在1.5℃以内，水池中心的流速控制在0.8～1.2m/s之间，PAG淬火液的PH值控制在9.0～11.0之间，PAG淬火液的折光读数控制在6.5～8.0之间；淬火采用双介质淬火，双介质分别为PAG淬火液和空气，具体淬火冷却过程为：首先锻件沉入PAG淬火液冷却2.9～3.1分钟，然后吊起锻件空冷35～45秒，接着将锻件沉入PAG淬火液冷却5分35秒～5分45秒，然后吊起锻件空冷45～55秒，接着将锻件沉入 PAG淬火液冷却7.9～8.1分钟，然后吊起锻件空冷1分25秒～1分35秒，接着将锻件沉入PAG淬火液冷却10分15秒～10分25秒，然后吊起锻件空冷2.9～3.1分钟，接着将锻件沉入PAG淬火液冷却2分35秒～2分45秒，最后锻件吊出水池，淬火结束，整个冷却过程，PAG淬火液的温度不得超过40℃； 回火：淬火后30min以内装炉进行回火，锻件装炉温度≤400℃，升温至450±10℃后保温13.3～13.7h，升温速度≤100℃/h，接着出炉，出炉后锻件吊入PAG淬火液冷却9.8～10.2min，从PAG淬火液中吊出后空冷，并且避免风直吹锻件表面。

进一步的，前述的一种航空用高性能转子锻件的制造方法，其中：4340H钢的化学成分质量百分比为：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：0.20～0.30%；Ni：1.65～2.00%；Cu：≤0.20%；Al：≤0.020%；Ti：≤0.020%；Sn≤0.020%；Pb≤0.005%；H：≤1.8ppm；O：≤18ppm，N：≤25ppm，余量为Fe。

进一步的，前述的一种航空用高性能转子锻件的制造方法，其中：预备热处理工序中：对锻件进行退火处理，退火步骤为：锻件装炉温度≤300℃，升温至650±10℃后保温1.8～2.2h，升温速度≤100℃/h，接着升温至870±10℃后保温13.3～13.7h，升温速度≤100℃/h，最后炉冷至300±10℃后出炉空冷。

进一步的，前述的一种航空用高性能转子锻件的制造方法，其中：退火工序中：将拔长后的锻件放到加热炉中间位置，避免火枪直吹锻件，锻件装炉温度≤300℃，升温至870±10℃后保温9.8～10.2h，升温速度≤100℃/h，最后随炉冷却至300±10℃后出炉空冷。

进一步的，前述的一种航空用高性能转子锻件的制造方法，其中：拔长工序中：首先对下料所得钢坯进行加热，加热步骤为：钢坯装炉温度≤400℃，然后升温至850±10℃后保温3.8～4.2h，接着升温至1100±10℃后保温5.8～6.2h，升温速度≤150℃/h，最后升温至1250±10℃后保温5.8～6.2h，升温速度≤100℃/h；然后分三火对钢坯进行拔长，拔长比≥5，每火之间，钢坯都要回炉在1250±10℃的温度下保温25～35min。

进一步的，前述的一种航空用高性能转子锻件的制造方法，其中：锻打工序中锻造比≥5。

本发明的优点为：本发明所述的制造方法能使所述转子锻件的机械性能达到如下要求：抗拉强度Rm(Mpa)≥1250，屈服强度Re(Mpa)≥1000，延伸率A(%)≥10，收缩率Z(%)≥45，Aku/20℃≥40，并且能使转子锻件在淬火时不易开裂。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

一种航空用高性能转子锻件的制造方法，方法步骤如下：下料→拔长→退火→锯切→锻打→粗车→预备热处理→调质热处理， 本实施例中，所要制造的转子锻件的外形尺寸为φ736×458mm；

（1）下料工序中：选用的钢料为4340H梅花锭，4340H钢的化学成分质量百分比为：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：0.20～0.30%；Ni：1.65～2.00%；Cu：≤0.20%；Al：≤0.020%；Ti：≤0.020%；Sn≤0.020%；Pb≤0.005%；H：≤1.8ppm；O：≤18ppm，N：≤25ppm，余量为Fe；下料尺寸为：755/880×2193mm，755为小头尺寸，880为大头尺寸；

（2）拔长工序中：首先对下料所得钢坯进行加热，加热步骤为：钢坯装炉温度≤400℃，然后升温至850±10℃后保温3.8～4.2h，接着升温至1100±10℃后保温5.8～6.2h，升温速度≤150℃/h，最后升温至1250±10℃后保温5.8～6.2h，升温速度≤100℃/h；然后分三火对钢坯进行拔长，拔长比≥5，每火之间，钢坯都要回炉在1250±10℃的温度下保温25～35min；最后将钢坯拔长至尺寸为φ700×2600mm的锻件；

（3）退火工序中：将拔长后的锻件放到加热炉中间位置，避免火枪直吹锻件，锻件装炉温度≤300℃，升温至870±10℃后保温9.8～10.2h，升温速度≤100℃/h，最后随炉冷却至300±10℃后出炉空冷；

（4）锯切工序中：将锻件放到卧式锯床上进行锯切，从而得到四个尺寸为φ700×589mm的短锻件；四个短锻件分别可以用来制造一个转子锻件；

（5）锻打工序中：对加热后的短锻件进行锻打，得到尺寸为φ740×498mm的锻件，锻造比≥5；

（6）粗车工序中：对锻打后的锻件进行粗车，从而得到外形尺寸为φ736×458mm的转子锻件；

（7）预备热处理工序中：对锻件进行退火处理，退火步骤为：锻件装炉温度≤300℃，升温至650±10℃后保温1.8～2.2h，升温速度≤100℃/h，接着升温至870±10℃后保温13.3～13.7h，升温速度≤100℃/h，最后炉冷至300±10℃后出炉空冷；

（8）调质热处理工序中：对锻件依次进行淬火和回火，淬火：加热时，锻件装炉温度≤300℃，升温至650±10℃后保温1.8～2.2h，升温速度≤100℃/h，接着升温至850±10℃后保温8.8～9.2h，升温速度≤100℃/h，接着出炉淬火；淬火前，将门窗关闭，防止有风直接吹在锻件表面，锻件从炉中转运至水池入水时间不得超过1.5min，提前开动水池的循环搅拌系统，水池中的PAG淬火液温度控制在15～40℃之间，并且水池中各部分PAG淬火液的温差控制在1.5℃以内，水池中心的流速控制在0.8～1.2m/s之间，PAG淬火液的PH值控制在9.0～11.0之间，PAG淬火液的折光读数控制在6.5～8.0之间；淬火采用双介质淬火，双介质分别为PAG淬火液和空气，具体淬火冷却过程为：首先锻件沉入PAG淬火液冷却2.9～3.1分钟，然后吊起锻件空冷35～45秒，接着将锻件沉入PAG淬火液冷却5分35秒～5分45秒，然后吊起锻件空冷45～55秒，接着将锻件沉入 PAG淬火液冷却7.9～8.1分钟，然后吊起锻件空冷1分25秒～1分35秒，接着将锻件沉入PAG淬火液冷却10分15秒～10分25秒，然后吊起锻件空冷2.9～3.1分钟，接着将锻件沉入PAG淬火液冷却2分35秒～2分45秒，最后锻件吊出水池，淬火结束，整个冷却过程，PAG淬火液的温度不得超过40℃； 回火：淬火后30min以内装炉进行回火，锻件装炉温度≤400℃，升温至450±10℃后保温13.3～13.7h，升温速度≤100℃/h，接着出炉，出炉后锻件吊入PAG淬火液冷却9.8～10.2min，从PAG淬火液中吊出后空冷，并且避免风直吹锻件表面。