[发明专利]内孔胀形淬火调控高温合金环形件残余应力的方法及其应用

说明书

本发明涉及高温合金加工技术领域，尤其是涉及一种内孔胀形淬火调控高温合金环形件残余应力的方法及其应用。内孔胀形淬火调控高温合金环形件残余应力的方法，包括如下步骤：经固溶温度保温处理后的高温合金环形件在内孔胀形的作用下，进行淬火，然后进行时效热处理。本发明将胀形技术和淬火过程相结合，在淬火过程中，在环形件内孔处通过放置胀形工具等方式实现胀形作用，利用环形件淬火过程中的热胀冷缩，实现胀形效果，不仅可以满足材料所需冷却速率的要求，保证力学性能达标，且无附加流程，经济性高，通用性广，适用于高γ′含量的高温合金环形件。

技术领域

本发明涉及高温合金加工技术领域，尤其是涉及一种内孔胀形淬火调控高温合金环形件残余应力的方法及其应用。

背景技术

高温合金环形件是航空发动机和航天发动机中重要的热端承力部件，常用于制备转子和机匣。现有高温合金环形件的热处理流程主要包括固溶热处理和时效热处理。然而，对于高温合金环形件，在淬火过程中由于环形件不同的区域无法同步冷却，温差形成的热应力会造成不均匀的塑性变形，从而在冷却后的锻件中形成较大数值的残余应力。

为了解决上述残余应力的问题，胀形技术被应用于机匣类环形薄壁件的生产中。如申请号为201811120739.0的专利申请中，采用的胀形流程主要如下：固溶热处理-固溶后快速冷却-高温胀形(接近固溶温度)-胀形后空冷-时效热处理；该方案最主要的作用是对环形锻件进行圆度的修整，并且实现残余应力的均匀化。在该方案中，如果要保证效果，在胀形后必须采用空冷。然而该胀形技术不能推广至高γ′含量的高温合金，原因是：(1)高γ′含量的高温合金在固溶温度热处理后，必须进行快速冷却，以保证力学性能；因此，在接近固溶温度进行高温胀形后，不能采用空冷，必须用油淬、盐淬等方式淬火，必定会再次产生高数值的残余应力。(2)高温胀形对设备的要求苛刻，高温合金环形件一般需要一万吨以上的压机才能满足要求，另外需要加热工件至接近固溶温度，会显著增加工件的制备成本。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供内孔胀形淬火调控高温合金环形件残余应力的方法，以解决现有技术中存在的胀形技术不适用于高γ′含量的高温合金等的技术问题。

本发明的第二目的在于提供内孔胀形淬火调控高温合金环形件残余应力的方法在制备高温合金环形件中的应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

内孔胀形淬火调控高温合金环形件残余应力的方法，包括如下步骤：

经固溶温度保温处理后的高温合金环形件在内孔胀形的作用下，进行淬火，然后进行时效热处理。

在本发明的具体实施方式中，所述淬火包括：于淬火介质中进行所述淬火；所述淬火的方式包括油淬、水淬、盐淬、聚合物淬火剂、高压气体、水雾和喷淋方式中的至少一种。

在本发明的具体实施方式中，所述高温合金的γ′相的体积分数≥30％；或者，所述高温合金的γ″相的体积分数≥10％。进一步的，所述高温合金包括GH4169、GH4169D、GH4738、FGH95、GH4780、GH4099、GH4151、FGH96、GH4720Li、GH4065A和GH4251中的任一种或多种。

在本发明的具体实施方式中，所述内孔胀形的作用的实现方式包括：在所述高温合金环形件的内孔中设置胀形工具。进一步的，所述胀形工具包括胀形内环。

在本发明的具体实施方式中，所述胀形工具还包括设置于所述胀形内环一端面的工作平台。所述工作平台可与所述胀形内环一体成型，所述胀形内环突出于所述工作平台的表面。在实际操作中，将经固溶温度保温处理后的高温合金环形件套设在所述胀形内环外，然后将整个工作平台一起进行淬火，比如一起沉入淬火介质中，完成淬火。

在本发明的具体实施方式中，所述胀形内环沿所述高温合金环形件的轴向方向的高度大于或等于所述高温合金环形件的厚度。