GH2674合金大尺寸涡轮盘的工艺研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
理。
图２
ＧＨ２６７４合金，６ Ｊ９００一２２００ｍｍ涡轮盘毛坯
Ｆｉｇ．２
６１９００～２２００ｒａｍ
ｓｅｍｉ－ｆｉｎｉｓｈｅｄ
ｔｕｒｂｉｎｅ
ｄｉｓｈ ｏｆ ａｌｌｏｙ ＧＨ２６７４
图３
ＧＨ２６７４台金担１１８ｍｍ涡轮盘
Ｆｉｇ．３越１
１８ｍｍ ｔｕｒｂｉｎｅ
图４
４，１８４０ｍｍ的ＧＨ２６７４舍金涡轮盘金相组织
Ｔｈｅ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ Ｓｕｐｅｒ Ｌａｒｇｅ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｄｉｓｋ ｏｆ Ａｌｌｏｙ ＧＨ２６７４
１Ｖｉａ
Ｔｉａｎｊｕｎ０１
Ｊｉｎ Ｘｉｎｌ
Ｚｈａｏ Ｙｕｅａｉｌ
Ｚｈａｏ Ｙａｔｉｎ９１
Ｌｉ Ｄｉａｎｇｕ０２ ２００９４０，Ｃｈｉｎａ
（１
Ｂａｃｍｈａｎ
囤
第１篇变形高温合全
ＧＨ２６７４合金大尺寸涡轮盘的工艺研究
马天军０１ 金鑫１
赵玉才１
赵雅婷１
李殿国２
（１．宝山钢铁股份有限公司特殊钢分公司，上海２００９４０； ２．钢铁研究总院高温材料研究所，北京１０００８１）
摘要本文介绍了研制ＧＨ２６７４台金大尺寸涡轮盘的新技术，这一新技术的核心是大尺寸钢锭冶炼工艺和涡轮盘
币７００∞以上，目前国内试制成功的最大的是ＧＨ２１３２
合金的４，１２５０ｍｍ高温合金涡轮盘。重型燃汽轮机用的 高温合金大尺寸涡轮盘的尺寸在咖１８５０—２２００ｎｍｌ之 间，与我国以往生产的航空用高温合金涡轮盘相比， 工艺上是一次非常大的飞跃。
２工艺设计
大尺寸涡轮盘的传统锻造方法是采用自由锻造或
●马天军（１９７１一），男，本科，高级工程师．Ｅ－ｍａｉｌ：ｎ叫０ｄ＠１６３．咖
ａ
ｎｅｗ
ｔｅｅｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒ ｌⅢ－ｇｅ ｔｕｒｂｉｎｅ ｄｉｓｋ ｏｆ ｓｕＩ：ｅｒａｌｌｏｙ．ｏｆ ｗｈｉｃｈ山ｅ ｃｏｒｅ自＊ｉｓ
ｉｎｇｏｔ’Ｂｍｅｌｔｉｎｇ口ｄｔｕｒｂｉｎｅ ｄｉｓｋ’ｓｆｏｒｇｉＴｌｇ ｎｍｌｄｉｎｇ．Ｂｙ ｓｔｕｄｙｉｎｇ∞ＥＳＲｔｅｅｔｍｏｌｏｇｙ ｏｆ ｓｌ”ｐｅｒａｌｌｏｙｉｎｇｏｔｓ，ｔｈｅｌａｒｇｅｓｔ ｓｕｐｅ同ｌｏｙｉｎ－
图７
ＧＨ２１３２合金掷２０ｍｍ盘轮毅的组织（１—４级）
≤ｎ
３０
Ｉ＿９０—２舶
≤０
０１０
囤
３．２锻造工艺
第１篇变形高温舍金
纹等缺陷，椭圆度小，形状尺寸全部满足要求。通过 实践证明，分区锻造的工艺方法完全可以实现太尺寸 高温合金涡轮盘的锻造，而且具有可操作性好，易于 规模化生产等特点。
多元分解分区锻造工艺方法，是将涡轮盘表面分 成多个区域．采用小截面锤头局部多次锻造，减少锤 头和涡轮盘的接触面积，从而降低每次变形时所需的 总压力。分区锻造的工艺方法应解决好两个技术关键： 第一，如何缩短锻造时间；第二，保证锻造温度．即 要采取措施保证锻造始终在一个理想的范围内进行。 针对第一点，选用的压机要有较大的能力，同时还要 具有动作频率快、操作灵活等特点；对于保温问题， 选用一种特殊的保温材料，可以实现整个锻造过程中 锻件温度保持在９５０～１０００℃之间。 经计算机数值模拟以及多次实际试验，摸索出了 合理的变形工艺制度，将圆柱体坯料在４０００ｔ快锻机上 采用新的分区锻造方法，成功锻造出了一件４，］９００ｒａｍ 的ＧＨ２６７４合金涡轮盘，随后根据四级涡轮盘锻造中存 在的问题，对分区锻造工艺方法进行了改进，第二批 又锻造出了ｑ，１９００～２２００ｒａｍ多件ＧＩ－１２６７４合金涡轮盘 （见图２、图３），采用分区锻造的涡轮盘毛坯表面无裂
ＧＨ２６７４合垒大尺寸涡轮盘的工艺研究
团
钢锭 锻造设备
表１不同规格高温合金涡轮盘坯料殛锻造设备
Ｔａｂｌｅ １ Ｂｉｌｌｅｔ ａｎｄ ｆｏｒｇｉｎｇ
ｍａｃｈｉｎｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ ｔｕｒｂｉｎｅ ｄｉｓｋ
涡轮盘（毛坯） 种类 烟机盘 烟机盘 燃机盘
圆柱体
规格咖‘㈣
７３２ １２５０
是电渣冶炼中难度较大的一类合金，为此，选用２０ｔ保 护气氛电渣炉，该设备的特点是可以控制较低熔速， 熔炼时还可以充干燥空气、氩气等不同的保护气体防 止易烧损元素的烧损”ｏ。 冶炼工艺是电弧炉冶炼＋电渣重熔，采用２０ｔ电孤 炉冶炼电极，电渣重熔时选用ｑ，９００ｍｍ结晶器，配合 合理的渣系、渣量，制定合理的电流、电压等冶炼工 艺参数，根据Ａｌ、Ｔｉ成分特点选用合理的保护气氛， 成功试制出了国内最大的高温合金电渣锭（见图１）， 钢锭成分控制理想，头尾易烧损元素成分偏差小（见 表２），钢锭表面良好，通过４０００ｔ快锻机锻造出 ４，７００ｒａｍ左右的坯料，并制备出合格的圆柱体。
质量／ｋｇ
７００
规格扣７一
３００
质鱼ｆ／ｋｇ
７００
规格枷７眦ｎ
５０８
５０８
质量／ｋｇ
２０００
１２０００ｔ水压机 ３００００ｔ水压机
１３∞
６３００
源自文库４３０
７６０
１３００ ６３００
３０００
１００００
２２∞
９００
是直径４，１２５０ｍｍ盘接触面积的３．１倍。随着接触面积 的增加，所需压机的压力也将大幅增加，为了确定锻 造直径２２００ｒｎｍ的涡轮盘所需的压机压力，运用数值模 拟技术对传统涡轮盘锻造进行模拟，假定保温可以使 锻造过程中金属的温度恒定在９８０℃，锤头与摩擦系 数、压下速度等参数处于最佳的情况下，模拟ＧＨ２６７４ 合金４，７６０ｍｍ圆柱体自由锻造４，２２００ｍｍ涡轮盘．显示 压机承受的最大压力是５万ｔ，即按传统的锻造工艺至 少要５万ｔ的压机能力，才能满足锻造要求。 冶炼采用２０ｔ保护气氛电渣炉冶炼‘ｆ，９００ｍｍ锭；在 ４０００１快锻机上进行锻造，采用全新的锻造工艺．多元分 解、分区锻造新工艺。
ｎ咀ｎｕｆａｅｔｏｘｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｂｉｌｌｅｔ ｗｈｉｃｈ ｉｓ口ｅｅｄｅｄ
ｐｒｏｄｕｃｅ
Ｓｉｌｔ－
ｐｅｒｌａｒｇｅｔｕｒｂｉｎｅ ｅｈ．龇＇ａｅｔｅｒｉｓｔｉｅ，ａ
ｄｉｓｋ Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｍｕｇｌｌｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｆｏｒｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆｔｕｒｂｉｎｅ ｄｉｓｋＮｕ，ｅｄ Ｏｎｔｈｅ＆ｍｅｓｔｉｃｆｏｒｇｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ’ｓ
的锻造成形工艺。通过钢锭电渣工艺的研究，试制出了国内最大的ＧＨ２６７４合金妒ＯＯｍｍ的钢锭，钢锭的成分及表
面均满足使用要求，并通过４０００ｔ快锻制备了大尺寸涡轮盘所需的圆柱体坯料；同时根据锻造设备的特点．将涡轮 盘的锻造工艺进行了改进，实行分区变形的锻造工艺。采用这种新的涡轮盘锻造工艺，利用４０００１快锻机成功试制 出了４，１８４０一２１１８ｒａｍ的大尺寸高温台金涡轮盘。 关键词重型燃汽轮机，涡轮盘，高温合金，分区锻造
４，１８４０一２１１８ｍｍ
ｈａｄ ｂｅｅｎ ｐｒｏｄｕｃｅｄ
ｂｙ ４０００一ｔＯｌｌ
ｈｉｇ｝ｌ
８ｐｅｅｄ ｆｏｒｇｉｎｇ ｐｒｅｓｓ．
ｔｕｒｂｉｎｅ，ｍＢｂｉｎｅ ｄｉｓｋ，ｓｕｐｅｒａｌＩｏｙ，ｆｏｒｇｉｎｇ
ｉｎ严ｎ㈣
１概述
航空发动机的涡轮盘直径较小，一般在妒００ｍｍ 以下，烟汽轮机和燃气轮机的涡轮盘直径一般都在
Ｏ １７
Ｏ ２０
０ ００６
０．０５０ Ｏ．０５４ ０ ０４６ ０ ０４２
０ ０ ４０ １
４４０．００５３
头 尾
３６
０ ００３
０
０１９
１５
４５
２５
１０
１
３８
０
３０
Ｏ １９ ０．２２
２
０ ００６
２．１８
２．２８
４４０—００１４
头 尾
０
２０
１
３８
０
００３
Ｏ
０１５
１５
１５
２５
２ｌ
１．１３
０
２５
ｎ１７ ｎ
２１
４涡轮盘组织和性能研究”１
４．１涡轮盘的组织 在涡轮盘的轮缘和轮毂部位取试样环，进行时效 处理，然后进行高倍检验（见图４一图６），涡轮盘的 晶粒组织相对比较均匀，轮毂基本在５级左右。个别 涡轮盘有３级或２级晶粒存在；轮缘的晶粒在５—３级 左右，个别的涡轮盘晶粒存在２级晶粒。由于是分区 锻造，所以与传统的锻造晶粒组织不同，轮缘和轮毂 的晶粒度相差不大，投有明显的死区。分区锻造时轮 缘的晶粒与轮毂部位略有区别，轮缘的晶粒均匀性要 略差一些，主要是由于轮缘取样在自由变形区从图４～ 图６中可以看到涡轮盘的组织同涡轮盘的规格有关， 涡轮盘的直径增大，晶粒尺寸有所增加，但相差不是 很大。另外分区锻造的涡轮盘的晶粒形状比较圆滑， 说明大尺寸涡轮盘固溶处理充分，固溶热处理工艺合
Ｈｅｗ
ｆｏ咽ｎｇ ｌｅｃｈ肿１０９，ｒ ｎ蜩ｅｄ
ｆｏｒｇｉｎｇ ｉｎ ｐａｒｔ
ａ嘲ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗ鹕ｆｉｎａｌｌｙ ｓｕｃｅ№ｆｕｌｌｙ
ｅｘｐｌｏｉｔｅｄ．Ｕｓｉｎｇ
ｔｈｉｓ眦ｈｎｏｌ０盱，ｔｈｅ
ｓｕｐｅｒ
ｈ｜伊ｔｕｒｂｉｎｅ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ
ｄｉｓｋ ｉｎ ｄｉａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｈｅｍ，ｙ ｇａｓ
表２
Ｔａｂｌｅ ２
图１
Ｆｉｇ．１
ＧＨ２６７４合金４，９００ｒａｍ电渣锭 ４，９００ｒａｍ
ＥＳＲ ｉｔｒｇｏｔ ｏｆ ＧＨ２６７４
ＧＨ２６７４台金电渣锭化学成分（质量分数，％）
Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ柚ｏｙ ＧＨ２６７４ ＥＳＲ Ｉｎｇｏｔ（％）
Ｍｎ １
炉号
４４０—００８２
部位 头 尾
ｇｏｔｓ ｉｎ ｓｕｒｆａｃｅ
ｏｕｒ
ｅｏｕｎｔｒｙ－４，９００ｍｍ
ｔＤ
ｉｎｇｏｔｓ ｏｆ ＧＨ２６７４ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ
ｓｕｅｅｅａ．Ｍｕｌｌｙ
ｐｒｏｄｕｃｅｄ，ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｃｏｍｌ：ｍｉｔｉｏｎ
ａｎｄ ｔｈｅ
１０
ｑ＿ｉｔｙ
ｏｆ
ｏ∞ｎｆｏｒｍ
ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ；蚰Ｎ：Ｉ ｔｈｅ ｉｎｇｏｔｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ
模锻，钢锭的大小、毛坯尺寸和质量是由成品的尺寸 质量决定的。因而大尺寸涡轮盘必须冶炼超大直径的 钢锭、锻制超大规格的棒坯。从表１可以看出，大尺 寸涡轮盘所需的钢锭直径达到妒００ＩⅡＩＩＩ，棒坯比生产 ４，１２５０ｍｍ烟机盘所需的钢锭还大。随着涡轮盘尺寸和 质量的增大，整个流程中的所有生产工序的难度都随 之上升，例如电极制备、坯料制备、热处理、机械加 工等的难度都明显加大。 钢锭扩大时，钢锭的成分、表面以及内在质量的 控制难度都Ｎ２．Ｎ大…，无论是自由锻造还是模锻的 方法都需要锤头（或模具）与坯料全部接触。直径 担２００ｎＭｎ的涡轮盘，最大接触面积达到３８０００００ｎｍ＿１２，
４，１８４０ｍｍ ｔｕｒｂｉｎｅ ｄｉｓｋ ｏｆ ａｌｌｏｙ ＧＨ２６７４
Ｆｉｇ．４
ｄｉｓｋ ｏｆ ａｌｌｏｙ ＧＨ２６７４
口一轮缘，６．０—３．０教；｝一轮毂，５．５级
ＧＨ２６７４合奎大足寸涡轮盘的工艺研究
回
由于自由锻或模锻时锤头（或模具）同坯料上表 面整体接触，因接触部位摩擦力的作用，金属的流动 受到限制，会产生死区、易变形区及自由变形区等。由 于这些区域的变形不均匀导致涡轮盘不同部位的组织也 有差异，死区的晶粒比较粗大，易变形区的晶粒相对均 匀细小，而自由变形区内有个别大晶粒存在（见图７、 图８）。轮毂处于死区部位，晶粒非常粗大。
０ ００６
０４６ ０ ４２
１ ４２
２．２５ ２．３７
２．３１
４４０－０１４０
头 尾
０ ０４４ ０
０４４
０ ００２
０ ０２０
１５ ５０
２５ ００
１
３５
０ ２８
０．１９ ｎ
２ｌ
０ ００６
技术标准
Ｇ０
０８
Ｇ０ ７０
１．２—１ ７
Ｇ０ ０１５
≤ｎ ０２０
１４０—１６０
Ｍ０～２６
０ １．１０—１．６０ ｍ
２Ｄ—ｎ４０
Ｃ ０．０４６
０．０４８ ｎ ０５０ ０
Ｓ●
２０
Ｓ Ｏ ００２ ０
Ｐ ０１８
Ｃｒ １５
２５ ２５
Ｎｉ
Ｍｏ
Ｖ ０．３１ ０
Ａｌ １６ ２
ＴＩ
Ｂ ０ ００６
３９
８５
１．“
３７
ｎ１８ ０
２ｌ
２ ３４ ２ ４０
２ ３１ ４０
４４０一ＯＤ７２
头 尾
１．３５
０ ００３
０ ０１５
１５ ００
２５ １５
１ ４３
０．３０
Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｓｐｅｃｉａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｂｒａｎｃｈ，ｓｈａｎｇｌｌａｉ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣＩＳＲｌ，Ｂｅｉｊｉｎｇ
２．Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
１０００８１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ
３生产工艺
根据大尺寸高温合金涡轮盘的材质及技术要求， 确定的具体工艺流程为：钢锭（ＥＦ＋ＥＳＲ）一钢锭开 坯（４０００ｔ快锻）一圆柱体（车光）一涡轮盘锻造 （分区锻造）一热处理一粗加工一性能检验一交货。 ３．１冶炼工艺 研制的涡轮盘的材料是ＧＨ２６７４合金，该合金是一 种铁基时效高温台金，成分特点是高钛低铝（见表 ２），其钛铝之比大于７。这种高温合金在电渣重熔时， Ｔｉ的烧损量较大，而且容易出现头尾Ｔｉ偏差的现象，
图２
ＧＨ２６７４合金，６ Ｊ９００一２２００ｍｍ涡轮盘毛坯
Ｆｉｇ．２
６１９００～２２００ｒａｍ
ｓｅｍｉ－ｆｉｎｉｓｈｅｄ
ｔｕｒｂｉｎｅ
ｄｉｓｈ ｏｆ ａｌｌｏｙ ＧＨ２６７４
图３
ＧＨ２６７４台金担１１８ｍｍ涡轮盘
Ｆｉｇ．３越１
１８ｍｍ ｔｕｒｂｉｎｅ
图４
４，１８４０ｍｍ的ＧＨ２６７４舍金涡轮盘金相组织
Ｔｈｅ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ Ｓｕｐｅｒ Ｌａｒｇｅ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｄｉｓｋ ｏｆ Ａｌｌｏｙ ＧＨ２６７４
１Ｖｉａ
Ｔｉａｎｊｕｎ０１
Ｊｉｎ Ｘｉｎｌ
Ｚｈａｏ Ｙｕｅａｉｌ
Ｚｈａｏ Ｙａｔｉｎ９１
Ｌｉ Ｄｉａｎｇｕ０２ ２００９４０，Ｃｈｉｎａ
（１
Ｂａｃｍｈａｎ
囤
第１篇变形高温合全
ＧＨ２６７４合金大尺寸涡轮盘的工艺研究
马天军０１ 金鑫１
赵玉才１
赵雅婷１
李殿国２
（１．宝山钢铁股份有限公司特殊钢分公司，上海２００９４０； ２．钢铁研究总院高温材料研究所，北京１０００８１）
摘要本文介绍了研制ＧＨ２６７４台金大尺寸涡轮盘的新技术，这一新技术的核心是大尺寸钢锭冶炼工艺和涡轮盘
币７００∞以上，目前国内试制成功的最大的是ＧＨ２１３２
合金的４，１２５０ｍｍ高温合金涡轮盘。重型燃汽轮机用的 高温合金大尺寸涡轮盘的尺寸在咖１８５０—２２００ｎｍｌ之 间，与我国以往生产的航空用高温合金涡轮盘相比， 工艺上是一次非常大的飞跃。
２工艺设计
大尺寸涡轮盘的传统锻造方法是采用自由锻造或
●马天军（１９７１一），男，本科，高级工程师．Ｅ－ｍａｉｌ：ｎ叫０ｄ＠１６３．咖
ａ
ｎｅｗ
ｔｅｅｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒ ｌⅢ－ｇｅ ｔｕｒｂｉｎｅ ｄｉｓｋ ｏｆ ｓｕＩ：ｅｒａｌｌｏｙ．ｏｆ ｗｈｉｃｈ山ｅ ｃｏｒｅ自＊ｉｓ
ｉｎｇｏｔ’Ｂｍｅｌｔｉｎｇ口ｄｔｕｒｂｉｎｅ ｄｉｓｋ’ｓｆｏｒｇｉＴｌｇ ｎｍｌｄｉｎｇ．Ｂｙ ｓｔｕｄｙｉｎｇ∞ＥＳＲｔｅｅｔｍｏｌｏｇｙ ｏｆ ｓｌ”ｐｅｒａｌｌｏｙｉｎｇｏｔｓ，ｔｈｅｌａｒｇｅｓｔ ｓｕｐｅ同ｌｏｙｉｎ－
图７
ＧＨ２１３２合金掷２０ｍｍ盘轮毅的组织（１—４级）
≤ｎ
３０
Ｉ＿９０—２舶
≤０
０１０
囤
３．２锻造工艺
第１篇变形高温舍金
纹等缺陷，椭圆度小，形状尺寸全部满足要求。通过 实践证明，分区锻造的工艺方法完全可以实现太尺寸 高温合金涡轮盘的锻造，而且具有可操作性好，易于 规模化生产等特点。
多元分解分区锻造工艺方法，是将涡轮盘表面分 成多个区域．采用小截面锤头局部多次锻造，减少锤 头和涡轮盘的接触面积，从而降低每次变形时所需的 总压力。分区锻造的工艺方法应解决好两个技术关键： 第一，如何缩短锻造时间；第二，保证锻造温度．即 要采取措施保证锻造始终在一个理想的范围内进行。 针对第一点，选用的压机要有较大的能力，同时还要 具有动作频率快、操作灵活等特点；对于保温问题， 选用一种特殊的保温材料，可以实现整个锻造过程中 锻件温度保持在９５０～１０００℃之间。 经计算机数值模拟以及多次实际试验，摸索出了 合理的变形工艺制度，将圆柱体坯料在４０００ｔ快锻机上 采用新的分区锻造方法，成功锻造出了一件４，］９００ｒａｍ 的ＧＨ２６７４合金涡轮盘，随后根据四级涡轮盘锻造中存 在的问题，对分区锻造工艺方法进行了改进，第二批 又锻造出了ｑ，１９００～２２００ｒａｍ多件ＧＩ－１２６７４合金涡轮盘 （见图２、图３），采用分区锻造的涡轮盘毛坯表面无裂
ＧＨ２６７４合垒大尺寸涡轮盘的工艺研究
团
钢锭 锻造设备
表１不同规格高温合金涡轮盘坯料殛锻造设备
Ｔａｂｌｅ １ Ｂｉｌｌｅｔ ａｎｄ ｆｏｒｇｉｎｇ
ｍａｃｈｉｎｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ ｔｕｒｂｉｎｅ ｄｉｓｋ
涡轮盘（毛坯） 种类 烟机盘 烟机盘 燃机盘
圆柱体
规格咖‘㈣
７３２ １２５０
是电渣冶炼中难度较大的一类合金，为此，选用２０ｔ保 护气氛电渣炉，该设备的特点是可以控制较低熔速， 熔炼时还可以充干燥空气、氩气等不同的保护气体防 止易烧损元素的烧损”ｏ。 冶炼工艺是电弧炉冶炼＋电渣重熔，采用２０ｔ电孤 炉冶炼电极，电渣重熔时选用ｑ，９００ｍｍ结晶器，配合 合理的渣系、渣量，制定合理的电流、电压等冶炼工 艺参数，根据Ａｌ、Ｔｉ成分特点选用合理的保护气氛， 成功试制出了国内最大的高温合金电渣锭（见图１）， 钢锭成分控制理想，头尾易烧损元素成分偏差小（见 表２），钢锭表面良好，通过４０００ｔ快锻机锻造出 ４，７００ｒａｍ左右的坯料，并制备出合格的圆柱体。
质量／ｋｇ
７００
规格扣７一
３００
质鱼ｆ／ｋｇ
７００
规格枷７眦ｎ
５０８
５０８
质量／ｋｇ
２０００
１２０００ｔ水压机 ３００００ｔ水压机
１３∞
６３００
源自文库４３０
７６０
１３００ ６３００
３０００
１００００
２２∞
９００
是直径４，１２５０ｍｍ盘接触面积的３．１倍。随着接触面积 的增加，所需压机的压力也将大幅增加，为了确定锻 造直径２２００ｒｎｍ的涡轮盘所需的压机压力，运用数值模 拟技术对传统涡轮盘锻造进行模拟，假定保温可以使 锻造过程中金属的温度恒定在９８０℃，锤头与摩擦系 数、压下速度等参数处于最佳的情况下，模拟ＧＨ２６７４ 合金４，７６０ｍｍ圆柱体自由锻造４，２２００ｍｍ涡轮盘．显示 压机承受的最大压力是５万ｔ，即按传统的锻造工艺至 少要５万ｔ的压机能力，才能满足锻造要求。 冶炼采用２０ｔ保护气氛电渣炉冶炼‘ｆ，９００ｍｍ锭；在 ４０００１快锻机上进行锻造，采用全新的锻造工艺．多元分 解、分区锻造新工艺。
ｎ咀ｎｕｆａｅｔｏｘｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｂｉｌｌｅｔ ｗｈｉｃｈ ｉｓ口ｅｅｄｅｄ
ｐｒｏｄｕｃｅ
Ｓｉｌｔ－
ｐｅｒｌａｒｇｅｔｕｒｂｉｎｅ ｅｈ．龇＇ａｅｔｅｒｉｓｔｉｅ，ａ
ｄｉｓｋ Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｍｕｇｌｌｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｆｏｒｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆｔｕｒｂｉｎｅ ｄｉｓｋＮｕ，ｅｄ Ｏｎｔｈｅ＆ｍｅｓｔｉｃｆｏｒｇｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ’ｓ
的锻造成形工艺。通过钢锭电渣工艺的研究，试制出了国内最大的ＧＨ２６７４合金妒ＯＯｍｍ的钢锭，钢锭的成分及表
面均满足使用要求，并通过４０００ｔ快锻制备了大尺寸涡轮盘所需的圆柱体坯料；同时根据锻造设备的特点．将涡轮 盘的锻造工艺进行了改进，实行分区变形的锻造工艺。采用这种新的涡轮盘锻造工艺，利用４０００１快锻机成功试制 出了４，１８４０一２１１８ｒａｍ的大尺寸高温台金涡轮盘。 关键词重型燃汽轮机，涡轮盘，高温合金，分区锻造
４，１８４０一２１１８ｍｍ
ｈａｄ ｂｅｅｎ ｐｒｏｄｕｃｅｄ
ｂｙ ４０００一ｔＯｌｌ
ｈｉｇ｝ｌ
８ｐｅｅｄ ｆｏｒｇｉｎｇ ｐｒｅｓｓ．
ｔｕｒｂｉｎｅ，ｍＢｂｉｎｅ ｄｉｓｋ，ｓｕｐｅｒａｌＩｏｙ，ｆｏｒｇｉｎｇ
ｉｎ严ｎ㈣
１概述
航空发动机的涡轮盘直径较小，一般在妒００ｍｍ 以下，烟汽轮机和燃气轮机的涡轮盘直径一般都在
Ｏ １７
Ｏ ２０
０ ００６
０．０５０ Ｏ．０５４ ０ ０４６ ０ ０４２
０ ０ ４０ １
４４０．００５３
头 尾
３６
０ ００３
０
０１９
１５
４５
２５
１０
１
３８
０
３０
Ｏ １９ ０．２２
２
０ ００６
２．１８
２．２８
４４０—００１４
头 尾
０
２０
１
３８
０
００３
Ｏ
０１５
１５
１５
２５
２ｌ
１．１３
０
２５
ｎ１７ ｎ
２１
４涡轮盘组织和性能研究”１
４．１涡轮盘的组织 在涡轮盘的轮缘和轮毂部位取试样环，进行时效 处理，然后进行高倍检验（见图４一图６），涡轮盘的 晶粒组织相对比较均匀，轮毂基本在５级左右。个别 涡轮盘有３级或２级晶粒存在；轮缘的晶粒在５—３级 左右，个别的涡轮盘晶粒存在２级晶粒。由于是分区 锻造，所以与传统的锻造晶粒组织不同，轮缘和轮毂 的晶粒度相差不大，投有明显的死区。分区锻造时轮 缘的晶粒与轮毂部位略有区别，轮缘的晶粒均匀性要 略差一些，主要是由于轮缘取样在自由变形区从图４～ 图６中可以看到涡轮盘的组织同涡轮盘的规格有关， 涡轮盘的直径增大，晶粒尺寸有所增加，但相差不是 很大。另外分区锻造的涡轮盘的晶粒形状比较圆滑， 说明大尺寸涡轮盘固溶处理充分，固溶热处理工艺合
Ｈｅｗ
ｆｏ咽ｎｇ ｌｅｃｈ肿１０９，ｒ ｎ蜩ｅｄ
ｆｏｒｇｉｎｇ ｉｎ ｐａｒｔ
ａ嘲ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗ鹕ｆｉｎａｌｌｙ ｓｕｃｅ№ｆｕｌｌｙ
ｅｘｐｌｏｉｔｅｄ．Ｕｓｉｎｇ
ｔｈｉｓ眦ｈｎｏｌ０盱，ｔｈｅ
ｓｕｐｅｒ
ｈ｜伊ｔｕｒｂｉｎｅ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ
ｄｉｓｋ ｉｎ ｄｉａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｈｅｍ，ｙ ｇａｓ
表２
Ｔａｂｌｅ ２
图１
Ｆｉｇ．１
ＧＨ２６７４合金４，９００ｒａｍ电渣锭 ４，９００ｒａｍ
ＥＳＲ ｉｔｒｇｏｔ ｏｆ ＧＨ２６７４
ＧＨ２６７４台金电渣锭化学成分（质量分数，％）
Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ柚ｏｙ ＧＨ２６７４ ＥＳＲ Ｉｎｇｏｔ（％）
Ｍｎ １
炉号
４４０—００８２
部位 头 尾
ｇｏｔｓ ｉｎ ｓｕｒｆａｃｅ
ｏｕｒ
ｅｏｕｎｔｒｙ－４，９００ｍｍ
ｔＤ
ｉｎｇｏｔｓ ｏｆ ＧＨ２６７４ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ
ｓｕｅｅｅａ．Ｍｕｌｌｙ
ｐｒｏｄｕｃｅｄ，ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｃｏｍｌ：ｍｉｔｉｏｎ
ａｎｄ ｔｈｅ
１０
ｑ＿ｉｔｙ
ｏｆ
ｏ∞ｎｆｏｒｍ
ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ；蚰Ｎ：Ｉ ｔｈｅ ｉｎｇｏｔｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ
模锻，钢锭的大小、毛坯尺寸和质量是由成品的尺寸 质量决定的。因而大尺寸涡轮盘必须冶炼超大直径的 钢锭、锻制超大规格的棒坯。从表１可以看出，大尺 寸涡轮盘所需的钢锭直径达到妒００ＩⅡＩＩＩ，棒坯比生产 ４，１２５０ｍｍ烟机盘所需的钢锭还大。随着涡轮盘尺寸和 质量的增大，整个流程中的所有生产工序的难度都随 之上升，例如电极制备、坯料制备、热处理、机械加 工等的难度都明显加大。 钢锭扩大时，钢锭的成分、表面以及内在质量的 控制难度都Ｎ２．Ｎ大…，无论是自由锻造还是模锻的 方法都需要锤头（或模具）与坯料全部接触。直径 担２００ｎＭｎ的涡轮盘，最大接触面积达到３８０００００ｎｍ＿１２，
４，１８４０ｍｍ ｔｕｒｂｉｎｅ ｄｉｓｋ ｏｆ ａｌｌｏｙ ＧＨ２６７４
Ｆｉｇ．４
ｄｉｓｋ ｏｆ ａｌｌｏｙ ＧＨ２６７４
口一轮缘，６．０—３．０教；｝一轮毂，５．５级
ＧＨ２６７４合奎大足寸涡轮盘的工艺研究
回
由于自由锻或模锻时锤头（或模具）同坯料上表 面整体接触，因接触部位摩擦力的作用，金属的流动 受到限制，会产生死区、易变形区及自由变形区等。由 于这些区域的变形不均匀导致涡轮盘不同部位的组织也 有差异，死区的晶粒比较粗大，易变形区的晶粒相对均 匀细小，而自由变形区内有个别大晶粒存在（见图７、 图８）。轮毂处于死区部位，晶粒非常粗大。
０ ００６
０４６ ０ ４２
１ ４２
２．２５ ２．３７
２．３１
４４０－０１４０
头 尾
０ ０４４ ０
０４４
０ ００２
０ ０２０
１５ ５０
２５ ００
１
３５
０ ２８
０．１９ ｎ
２ｌ
０ ００６
技术标准
Ｇ０
０８
Ｇ０ ７０
１．２—１ ７
Ｇ０ ０１５
≤ｎ ０２０
１４０—１６０
Ｍ０～２６
０ １．１０—１．６０ ｍ
２Ｄ—ｎ４０
Ｃ ０．０４６
０．０４８ ｎ ０５０ ０
Ｓ●
２０
Ｓ Ｏ ００２ ０
Ｐ ０１８
Ｃｒ １５
２５ ２５
Ｎｉ
Ｍｏ
Ｖ ０．３１ ０
Ａｌ １６ ２
ＴＩ
Ｂ ０ ００６
３９
８５
１．“
３７
ｎ１８ ０
２ｌ
２ ３４ ２ ４０
２ ３１ ４０
４４０一ＯＤ７２
头 尾
１．３５
０ ００３
０ ０１５
１５ ００
２５ １５
１ ４３
０．３０
Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｓｐｅｃｉａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｂｒａｎｃｈ，ｓｈａｎｇｌｌａｉ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣＩＳＲｌ，Ｂｅｉｊｉｎｇ
２．Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
１０００８１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ
３生产工艺
根据大尺寸高温合金涡轮盘的材质及技术要求， 确定的具体工艺流程为：钢锭（ＥＦ＋ＥＳＲ）一钢锭开 坯（４０００ｔ快锻）一圆柱体（车光）一涡轮盘锻造 （分区锻造）一热处理一粗加工一性能检验一交货。 ３．１冶炼工艺 研制的涡轮盘的材料是ＧＨ２６７４合金，该合金是一 种铁基时效高温台金，成分特点是高钛低铝（见表 ２），其钛铝之比大于７。这种高温合金在电渣重熔时， Ｔｉ的烧损量较大，而且容易出现头尾Ｔｉ偏差的现象，