一种Ni30型合金超长材的径锻方法与流程

一种ni30型合金超长材的径锻方法
技术领域
1.本发明涉及金属锻造技术领域，具体为一种ni30型合金超长材的径锻方法。


背景技术：

2.ni30型合金是一种fe-ni基的高温合金，与传统镍基高温合金气门材料gh80a和gh751相比，其内部的ni含量分别低50％和40％，因此ni30型合金是一种理想的节ni型高温合金气门材料，并且其机械性能与gh80a和gh751相当，能够完全满足汽车发动机排气门的使用要求，从节约资源需求出发，是取代镍基高温合金气门的理想材料。
3.ni30型合金是一种时效强化合金，该合金中al、ti和ni元素形成γ’相起时效强化作用。在锻造开坯过程中随着温度降低到900℃以下，大量γ’相析出，强化作用明显，加工硬化导致变形困难，容易出现裂纹。特别是在锻造超长坯料时，锻造时间较长，由于坯料两端被径锻机钳口夹持，热量通过热传导的方式传递到钳口，导致坯料两端降温较快，容易出现裂纹，产生废品，成材率降低，为此提出一种ni30型合金超长材的径锻方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种ni30型合金超长材的径锻方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种ni30型合金超长材的径锻方法，其径锻步骤如下：
6.s1：先将中间坯料加热至保温温度，保温t1时间后，将中间坯料取出；
7.s2：采用保温材料对中间坯料两端进行包覆，然后再将中间坯料入炉后进行二次保温，二次保温t2时间后，保温材料在中间坯料的两端形成保温层，所述保温层的导热系数小于所述中间坯料的导热系数，进而得到待锻坯料；
8.s3：利用径锻机钳口夹持住待锻坯料两端的保温层部位，再对待锻坯料进行开坯锻造，得到成品超长坯料。
9.本技术方案中优选的，步骤s1中中间坯料的获取步骤为：
10.s11：首先将电渣锭加热至保温温度后，保温t3时间后，将电渣锭锻造成指定直径，得到粗锻坯料；
11.s12：对粗锻坯料进行分切，使得粗锻坯料具有指定长度；
12.s13：待粗锻坯料冷却后，即为中间坯料。
13.本技术方案中优选的，所述保温温度范围为1050℃至1150℃。
14.本技术方案中优选的，所述保温层与中间坯料的长度比值为1:10至3:10，所述长度方向平行于中间坯料的轴向。
15.本技术方案中优选的，所述中间坯料的长径比为10至20，所述超长坯料的长径比为80至150。
16.本技术方案中优选的，所述t1时间的范围为：60min至180min，所述t2时间的范围
为：120min至180min。
17.本技术方案中优选的，所述t3时间的范围为：120min至150min。
18.本技术方案中优选的，所述保温材料包括保温棉，所述保温棉的一面涂覆有粘接剂。
19.本技术方案中优选的，所述保温棉的厚度为15-20mm，且保温棉的导热系数小于0.23w/(m.k)。
20.本技术方案中优选的，步骤s2中，中间坯料两端包覆保温材料的步骤为：
21.s21：当中间坯料取出后，将保温棉带有粘接剂的一面粘贴到中间坯料的端部表面；
22.s22：利用工具对保温棉进行按压，直至粘接剂融化，保温棉能够牢固的粘接在中间坯料上。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.该ni30型合金超长材的径锻方法，通过在中间坯料两端采取软包套技术，避免径锻机钳口直接接触中间坯料，降低热量传递速率，使坯料两端温度能够较长时间的保持在900℃以上，达到持续变形且不出现裂纹的目的，并且其采用的是软包套技术，即所形成的保温层能够随金属变形而变形，也不会在坯料的表面留下凹痕，不影响其后续机加工性能。
附图说明
25.图1为本发明所提出的中间坯料两端形成保温层的示意图。
26.图中：1、中间坯料；2、保温层。
具体实施方式
27.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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“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和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件所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。
29.此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。
30.应注意的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要再对其进行进一步的具体讨论和描述。
31.需要清楚的是，在金属径锻工艺中，超长材是指长径比大于20的锻材，制作长径比较长的锻材，则意味着其锻造的时间也较长，而对于ni30型合金来说，其两端与径锻机钳口直接接触，因此随着时间推移，其两端温度降速较快，当锻造时间较长时，其两端温度降低至900℃以下，易使得其两端出现裂纹，而径锻超长材，一是为了减少生产时间，提高生产效
率，降低能源消耗。常规径锻需要把一支电渣锭生产出来的坯料一切四，再将每支坯料锻造成7米至8米长的成品坯料，4支坯料径锻为成品坯料需要经过四次出炉、上料、径锻和下径锻产线这四个操作过程，其中出炉、上料和下径锻产线这三个过程比生产超长坯料(一支电渣锭生产2支中间坯料1)时间和过程多一倍，造成坯料在加热炉加热时间长、能源消耗多、生产效率低。二是为了提高成材率。成品坯料两端需要切除一定长度的不规则部分(俗称“平头”)，常规一支电渣锭锻造4支成品，平头数量8个，而生产超长坯料时，一支电渣锭只能生产2支超长坯料，只需要平头4个。因此：径锻超长材可以提高生产效率、提高成材率和降低能源消耗。
32.因此本发明提供一种实施例：一种ni30型合金超长材的径锻方法，
33.在本实施例中，采用的ni30型合金的具体成分如下：0.5wt％的c、0.2wt％的mn、0.01wt％的p、0.003wt％的s、0.25wt％的si、32wt％的ni、14.8wt％的cr、2.0wt％的al、2.7wt％的ti、0.7wt％的mo、0.7wt％的nb、0.004wt％的b和余量的fe。
34.具体的，其径锻步骤如下：
35.s1：先将中间坯料1利用300min的时间加热至保温温度，保温t1时间后，将中间坯料1取出；
36.具体的，保温的t1时间的范围为：60min至180min，其可以是60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min、130min、140min、150min、160min、170min、和180min中的任意一个时间，也可以是上述相邻两个时间之间的任意时间，需要清楚的是，此处进行保温操作，是为了将中间坯料1进行烧透后，在进行s2步骤中的包覆操作，在实际操作中，可以通过经验对t1时间进行设定，也可以通过下述计算方法对t1时间进行确定，具体的：
37.t1＝d/2，其中d为中间坯料1的直径，单位mm；t1的单位为min。
38.而在本实施例中，t1时间选择为120min。
39.同时需要清楚的是，由于生产超长材，因此难以通过一次锻造使得材料完成成型，进而本发明中采用二次锻造对超长材进行径锻，即先锻造出中间坯料1，再锻造出超长坯料，能够使得材料成型更加稳定，具体的中间坯料1锻造方法为：
40.s11：首先将电渣锭通过360min的时间加热至保温温度，并保温t3时间后，将电渣锭锻造成指定直径，得到粗锻坯料，需要清楚的是，在本技术方案中，电渣锭和中间坯料1的保温温度是一致的，其保温温度范围均为1050℃至1150℃，其可以为1050℃、1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1100℃、1110℃、1120℃、1130℃、1140℃和1150℃中的任意一个温度，也可以是上述相邻温度之间的任意温度，在本实施例中，保温温度选择为：1110℃，同时保温的t3时间范围为：120min至150min，其可以为120min、125min、130min、135min、140min、145min和150min，也可以是上述相邻两个时间之间的任意时间；
41.s12：对粗锻坯料进行分切，使得粗锻坯料具有指定长度；
42.s13：待粗锻坯料冷却后，即为中间坯料1，具体的，中间坯料1的长径比控制为10至20，其可以为10、11、12、13、14、15、16、17、18、19和20中的任意一个，也可以是上述相邻两个数值之间的任意数值，在本实施例中，中间坯料1的尺寸为控制为φ260*3400mm。
43.s2：采用保温材料对中间坯料1两端进行包覆，然后再将中间坯料1入炉后进行二次保温，二次保温t2时间后，保温材料在中间坯料1的两端形成保温层2，所述保温层2的导热系数小于所述中间坯料1的导热系数，进而得到待锻坯料；
44.具体的，二次保温t2时间的范围为：120min至180min，其可以是120min、130min、140min、150min、160min、170min和180min，也可以是上述相邻两个时间之间的任意时间，通过二次保温，主要是使得保温材料能够在中间坯料1两端形成牢固的致密保温层2，并且继续烧透中间坯料1。
45.通过步骤s2可知，本发明的主要方法是，通过在中间坯料1的两端设置保温层2，进而降低在锻造过程中中间坯料1两端的降温速度，进而使得中间坯料1两端的温度能够较长时间的保持在900℃以上，以此降低中间坯料1锻造过程中的废品率，具体的，本发明中的保温材料包括保温棉，所述保温棉的一面涂覆有粘接剂，粘接剂用于使得保温棉能够与中间坯料1相粘连，而本实施例所采用的粘接剂为玻璃粉，其为本技术领域常见的现有技术，因此在此不做赘述，采用保温棉进行包覆的优势是，保温棉在中间坯料1表面所形成的保护层能够随金属变形而不会轻易脱落，并且保温棉在进行保温时，也不会像陶瓷或者玻璃纤维一样会随着锻造被压入中间坯料1的表面，进而影响后续坯料的机加工性能。
46.综上可知，为了保证后续形成的保温层2具有较好的隔热效果，因此在本发明的保温棉选择中，需要优先选择导热系数小于0.23w/(m.k)的保温棉，其包覆厚度为15mm至20mm，其可以为15mm、16mm、17mm、18mm、19mm和20mm中任意一个厚度，也可以是上述相邻两个厚度之间的任意厚度，本实施例中保温棉厚度选择为18mm。
47.同时，在对中间坯料1两端进行包覆时，为了进一步的提升保温隔热效果，保温材料需要绕中间坯料1的轴向，全覆盖中间坯料1的圆周表面，在为了便于后续进行夹取使用，保温材料需要沿中间坯料1的轴向也具有一定长度，进而使得后续形成的保温层2，具有固定长度，具体的，后续所形成的单个保温层2与中间坯料1的长度比值为1:10至3:10，在本实施例中，单个保温层2的长度为600mm。
48.需要清楚的是，中间坯料1两端包覆保温材料的具体操作步骤为：
49.s21：当中间坯料1取出后，迅速的将保温棉带有粘接剂的一面粘贴到中间坯料1的端部表面；
50.s22：利用工具对保温棉进行按压，直至粘接剂融化，保温棉能够牢固的粘接在中间坯料1上，工具可以是自制的工装，也可以是铁锹或者是压机等，在操作过程中，不得使保温棉产生破碎，而使得中间坯料1裸露出。
51.s3：利用径锻机钳口夹持住待锻坯料两端的保温层2部位，再对待锻坯料进行开坯锻造，得到成品超长坯料，理论上，可以采用本发明方法制造长径比超过20的任意锻材，但是为了更加合理和经济的利用本发明方法，在生产超长坯料时，其长径比应当控制为80至150，其可以为80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150中的任意一个数值，也可以为上述相邻数值之间的任意数值，同时在本实施例中，中间坯料1和超长坯料的锻造均采用16mn径锻机进行锻造，超长坯料的尺寸为φ120*15000mm。
52.同时为了验证本发明方法的有效性，在本发明中还设置了对比例，在对比例中其所有操作的工艺参数，均与上述的实施例相同，唯一区别仅在于在步骤s2中，未在中间坯料1两端包覆保温材料，采用实施例和对比例的工艺方法分别制作尺寸为φ120*15000mm的超长坯料，并统计其在锻造过程中端部出现裂纹的根数，当超长坯料的两端出现裂纹时，则相对于无裂纹的超长坯料来说，每一根超长坯料端部(即平头)的切除长度较长，一般为1000mm。而当超长坯料端部没有裂纹时，其端部切除的长度一般为200mm，因此通过该方法
可以计算出对比例和实施例中的端部切除损耗率，端部切除损耗率＝切除的平头总长/超长坯料总长*100％，经过多次实施例和对比例的试验后，其具体数据如表1所示：
53.表1
54.项目实施例对比例试验数量(根)11624端部开裂数量(根)024超长坯料总长(mm)1740000360000切除的平头总长(mm)2320024000端部切除损耗率(％)1.336.67
55.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。