一种利用再生料制备超细晶gh4169合金棒材的方法
阅读说明：本技术 一种利用再生料制备超细晶gh4169合金棒材的方法 (Method for preparing ultrafine-grained GH4169 alloy bar by using reclaimed materials ) 是由 刘猛 栾吉哲 李爱民 张欢欢 田水仙 王涛 耿长建 于 2020-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用再生料制备超细晶GH4169合金棒材的方法,包括以下步骤：A、再生料清洗；B、原料冶炼；C、通过表面刨光处理实现自耗锭车光；D、均匀化退火；E、锻造加工。本发明能够改进现有技术的不足,实现使用再生料生产高质量超细晶GH4169合金棒材的目的。(The invention discloses a method for preparing an ultrafine grain GH4169 alloy bar by using reclaimed materials, which comprises the following steps: A. cleaning the reclaimed materials; B. smelting raw materials; C. polishing the consumable ingot by surface planing; D. carrying out homogenization annealing; E. and (5) forging. The invention can improve the defects of the prior art and realize the purpose of producing high-quality ultrafine grain GH4169 alloy bars by using reclaimed materials.)
技术领域
本发明涉及合金材料制备技术领域，尤其是一种利用再生料制备超细晶GH4169合金棒材的方法。
背景技术
GH4169合金是一种镍基变形高温合金，被广泛用在涡轮盘、涡轮轴、压气机叶片等部件上，当前航空发动机用GH4169全部使用新料生产，而国外航空发动机用GH4169合金再生料的利用已经非常普遍和完善。美国生产高温合金首选返回料，目前美国ATI返回料比例＞70％，美国ATI总工表示：ATI更愿意使用再生料，O、S等杂质元素含量低，生产的产品质量更好，生产更简捷。而国内生产GH4169合金采用的全是成分不稳定、不可控的新料。再生利用GH4169合金棒材在航空发动机领域的应用对节省战略资源，降低成本，提升质量具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用再生料制备超细晶GH4169合金棒材的方法，实现使用再生料生产高质量超细晶GH4169合金棒材的目的。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种利用再生料制备超细晶GH4169合金棒材的方法，包括以下步骤：
A、再生料清洗；
将再生料浸入清洗液中，清洗液包括12wt％的月桂醇硫酸钠、5wt％的甲基戊醇、1.5wt％的硫酸，余量为水；在清洗液中输入超声波，超声波频率：15～100kHz，功率密度：0.5～5W/cm2；清洗液温度：30～60℃；清洗15～20min；
B、原料冶炼；
在新料中加入再生料，再生料的含量为60wt％～70wt％，首先通过真空感应熔炼原料，然后使用保护气氛电渣重熔原料，最后使用真空自耗冶炼原料，得到成品，成品化学成分如下，
元素
C
Cr
Mo
Nb
Ti
Al
Ni
含量
0.012～0.036
17～19
2.8～3.15
5.3～5.50
0.75～1.15
0.35～0.65
52～55
元素
Fe
Co
Mn
Si
S
P
Mg
含量
16～19
≤1.0
≤0.35
≤0.35
≤0.001
0.01～0.015
≤0.003
元素
B
Cu
Ca
Ta
Pb
Sn
Se
含量
≤0.006
≤0.30
≤0.005
≤0.1
≤0.0005
≤0.005
≤0.0003
元素
Bi
Ag
Te
Tl
O
N
含量
≤0.00003
≤0.0005
≤0.00005
≤0.0001
≤0.0025
≤0.01
C、通过表面刨光处理实现自耗锭车光；
D、均匀化退火；
将自耗锭加热至600℃，保温2小时；
历经9小时将自耗锭加热至1000℃，然后保温2小时；
历经4小时将自耗锭加热至1160±10℃，然后保温25小时；
历经2小时将自耗锭加热至1190±10℃，然后保温50小时；
在室温环境下将自耗锭冷却至室温；
E、锻造加工；
将自耗锭加热至1110±10℃，进行第一次锻造；
然后降温至1080±20℃，进行第二次锻造；
然后降温至1060±10℃，进行第三次锻造；
然后降温至1050±10℃，进行第四次锻造，第四次锻造变形量不小于30％，第四次锻造后保温60-120分钟。
作为优选，步骤E中，还包括第五次锻造，第五次锻造的起始锻造温度为750℃，在锻造过程中对自耗锭进行持续降温，第五次锻造的锻造结束温度为300℃。
作为优选，步骤E中，进行锻造加工的锻造机包括V型砧座和锤头，锤头内设置有供水管路，锤头表面设置有若干个与供水管路相连通的喷水孔，V型砧座连接有排水孔。
作为优选，所述喷水孔的内侧壁环形排布有若干个导流槽，导流槽内设置有缩颈部，导流槽的出水方向与喷水孔的轴线夹角为45°，喷水孔的出水端安装有球形滤网，球形滤网向喷水孔的内部凸起，球形滤网的边缘挂接在导流槽的出水口。
作为优选，所述V型砧座底部设置有排水槽，排水孔与排水槽的底部相连通，排水槽的两侧分别设置有若干个第一导流孔，第一导流孔的顶端与V型砧座的内侧壁相连，第一导流孔的底端与排水槽相连，V型砧座底部设置有与排水槽相连通的第二导流孔，第一导流孔与第二导流孔的内径之比为3:1。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过使用经过充分清洗的再生料，极大的提高了真空感应炉电极化学成分的准确性，良好的控制了GH4169合金的成品化学成分。通过改进锻造工艺，使用“保温锻造+冷却锻造”的新工艺，使得棒材成品的晶粒度组织≥7级，且极差≤2级，室温拉伸性能和高温拉伸性均能达到航空转动件指标。为了保证冷却锻造的工艺要求，本发明专门设计了锻造机构。通过锤头喷射冷却水，使得在锻造末期对锻件进行均匀、有效的冷却。喷水孔的结构可以使冷却水形成均匀的喷射覆盖区域，球形滤网可以有效防止杂质堵塞喷水孔。冷却水从导流槽流出，对球形滤网起到清洗作用，从而保证球形滤网的清洁。喷水采用过量喷洒方式，未蒸发的冷却水在V型砧座表面通过第一导流孔和第二导流孔均匀流动，实现对V型砧座的均匀冷却。
附图说明
图1是本发明中锤头的结构图。
图2是本发明中喷水孔的结构图。
图3是本发明中V型砧座的结构图。
图中：1、V型砧座；2、锤头；3、供水管路；4、喷水孔；5、排水孔；6、导流槽；7、缩颈部；8、球形滤网；9、排水槽；10、第一导流孔；11、第二导流孔。
具体实施方式
本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。
实施例1
合金锭锭型：Φ508mm,锻造规格：Φ250mm，经车光后去除黑皮后到成品材规格：Φ230mm。
再生料GH4169合金经超声波清洗，(1)频率：40～60kHz；(2)功率密度：0.5～2W/cm2；(3)清洗温度：30～40℃；(4)清洗液包括12wt％的月桂醇硫酸钠、5wt％的甲基戊醇、1.5wt％的硫酸，余量为水；采70wt％的GH4169合金再生料。首先通过真空感应熔炼原料，然后使用保护气氛电渣重熔原料，最后使用真空自耗冶炼原料，得到成品。
将自耗锭加热至600℃，保温2小时；
历经9小时将自耗锭加热至1000℃，然后保温2小时；
历经4小时将自耗锭加热至1160±10℃，然后保温25小时；
历经2小时将自耗锭加热至1190±10℃，然后保温50小时；
在室温环境下将自耗锭冷却至室温。
将自耗锭加热至1110±10℃，进行第一次锻造；
然后降温至1080±20℃，进行第二次锻造；
然后降温至1060±10℃，进行第三次锻造；
然后降温至1050±10℃，进行第四次锻造，第四次锻造变形量不小于30％，第四次锻造后保温70分钟。
性能指标为
实施例2
合金锭锭型：Φ508mm,锻造规格：Φ260mm，经车光后去除黑皮后到成品材规格：Φ240mm。
再生料GH4169合金经超声波清洗，(1)频率：40～60kHz；(2)功率密度：0.5～2W/cm2；(3)清洗温度：40～60℃；(4)清洗液包括12wt％的月桂醇硫酸钠、5wt％的甲基戊醇、1.5wt％的硫酸，余量为水；采70wt％的GH4169合金再生料。首先通过真空感应熔炼原料，然后使用保护气氛电渣重熔原料，最后使用真空自耗冶炼原料，得到成品。
将自耗锭加热至600℃，保温2小时；
历经9小时将自耗锭加热至1000℃，然后保温2小时；
历经4小时将自耗锭加热至1160±10℃，然后保温25小时；
历经2小时将自耗锭加热至1190±10℃，然后保温50小时；
在室温环境下将自耗锭冷却至室温。
将自耗锭加热至1110±10℃，进行第一次锻造；
然后降温至1080±20℃，进行第二次锻造；
然后降温至1060±10℃，进行第三次锻造；
然后降温至1050±10℃，进行第四次锻造，第四次锻造变形量不小于30％，第四次锻造后保温70分钟；
然后降温至750℃，进行第五次锻造，在锻造过程中对自耗锭进行持续降温，第五次锻造的锻造结束温度为300℃。
进行锻造加工的锻造机包括V型砧座1和锤头2，锤头2内设置有供水管路3，锤头2表面设置有若干个与供水管路3相连通的喷水孔4，V型砧座1连接有排水孔5。喷水孔4的内侧壁环形排布有若干个导流槽6，导流槽6内设置有缩颈部7，导流槽6的出水方向与喷水孔4的轴线夹角为45°，喷水孔4的出水端安装有球形滤网8，球形滤网8向喷水孔4的内部凸起，球形滤网8的边缘挂接在导流槽6的出水口。V型砧座1底部设置有排水槽9，排水孔5与排水槽9的底部相连通，排水槽9的两侧分别设置有若干个第一导流孔10，第一导流孔10的顶端与V型砧座1的内侧壁相连，第一导流孔10的底端与排水槽9相连，V型砧座1底部设置有与排水槽9相连通的第二导流孔11，第一导流孔10与第二导流孔11的内径之比为3:1。
性能指标为
实施例3
合金锭锭型：Φ508mm,锻造规格：Φ250mm，经车光后去除黑皮后到成品材规格：Φ220mm。再生料GH4169合金经超声波清洗，(1)频率：50～60kHz；(2)功率密度：2～3W/cm2；(3)清洗温度：30～50℃；(4)清洗液包括12wt％的月桂醇硫酸钠、5wt％的甲基戊醇、1.5wt％的硫酸，余量为水；采用70wt％的GH4169合金再生料进行。首先通过真空感应熔炼原料，然后使用保护气氛电渣重熔原料，最后使用真空自耗冶炼原料，得到成品。
将自耗锭加热至600℃，保温2小时；
历经9小时将自耗锭加热至1000℃，然后保温2小时；
历经4小时将自耗锭加热至1160±10℃，然后保温25小时；
历经2小时将自耗锭加热至1190±10℃，然后保温50小时；
在室温环境下将自耗锭冷却至室温。
将自耗锭加热至1110±10℃，进行第一次锻造；
然后降温至1080±20℃，进行第二次锻造；
然后降温至1060±10℃，进行第三次锻造；
然后降温至1050±10℃，进行第四次锻造，第四次锻造变形量不小于30％，第四次锻造后保温70分钟；
然后降温至750℃，进行第五次锻造，在锻造过程中对自耗锭进行持续降温，第五次锻造的锻造结束温度为300℃。
进行锻造加工的锻造机包括V型砧座1和锤头2，锤头2内设置有供水管路3，锤头2表面设置有若干个与供水管路3相连通的喷水孔4，V型砧座1连接有排水孔5。喷水孔4的内侧壁环形排布有若干个导流槽6，导流槽6内设置有缩颈部7，导流槽6的出水方向与喷水孔4的轴线夹角为45°，喷水孔4的出水端安装有球形滤网8，球形滤网8向喷水孔4的内部凸起，球形滤网8的边缘挂接在导流槽6的出水口。V型砧座1底部设置有排水槽9，排水孔5与排水槽9的底部相连通，排水槽9的两侧分别设置有若干个第一导流孔10，第一导流孔10的顶端与V型砧座1的内侧壁相连，第一导流孔10的底端与排水槽9相连，V型砧座1底部设置有与排水槽9相连通的第二导流孔11，第一导流孔10与第二导流孔11的内径之比为3:1。
性能指标为
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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