[00145255]民用航空发动机用Inco718合金机匣环件整体轧制精密制造技术应用研究

1、课题来源与背景 Inco718合金是含铌、钼的沉淀硬化镍基高温合金,具有优越的高温性能和良好的加工性。这种合金设计时兼顾了Waspaloy的高温性能和热稳定性,是首选的喷气发动机优质旋转部件。在650℃以下时具有高强度、良好的韧性以及在高低温环境均具有耐腐蚀性。在700℃时具有高的抗拉强度、疲劳强度、抗蠕变强度和断裂强度,在1000℃时具有高抗氧化性,在低温下具有稳定的化学性能,良好的焊接性能。其供货状态可以是固溶处理或沉淀硬化态,具有优良的综合性能,是应用最为广泛的高温合金之一。 在具备优良的使用性能的同时,Inco718合金材料在锻造、轧制成型过程中也存在很多技术难点,Inco718合金的锻造温度范围更窄,更容易产生锻造裂纹,产品晶粒度较大的问题, 针对上述问题我公司西北工业大学合作开展了民用航空发动机用Inco718合金机匣环件整体轧制精密制造技术应用研究项目。本项目于2017年9月11日被贵州省经济和信息化委员会批准立项（合同编号：2017028）。项目实施期为2017年1月至2017年12月。 2、技术原理及性能指标 项目通过开展民用航空发动机用Inco718合金机匣环件 整体轧制精密制造技术应用研究：在环轧成形前制作环坯的自由锻过程中采用锻造过程、工序转运过程锻件温度控制技术,以解决环件制坯时锻坯容易出现表面裂纹、折叠的表面质量问题;在生产Inco718合金大型异形截面环坯的制坯时采用环轧＋组合模具的精确复合变形工艺来制坯,以现有技术解决制坯时由于坯料的重量和Inco718合金材料的变形抗力较大造成的坯料成形较为困难的难题;采用三维模拟仿真控制技术和微观组织控制技术,对产品锻造、轧制、热处理过程中锻件内部微观组织形成过程进行控制研究,保证最终产品的晶粒度等级和晶粒度均匀性的准确控制;采用特殊残余应力消除技术,提高零件的组织性能,且节约材料,降低消耗、成本低、周期短。从而解决Inco718这类难变形高温合金制造上的技术难题,满足民用航空发动机机匣环锻件的制造和使用要求。 （1）主要探究内容 1)Inco718高温合金材料组织组成研究,材料成型性能、内部组织变化规律研究。 2)建立Inco718合金材料环件整体轧制过程有限元模拟系统 3)Inco718环形锻件锻造过程保温装置的设计与制造 4)进行径轴双向轧制控制技术的研究 5)开展应力测试及消除技术的研究 6)民用航空发动机用Inco718高温合金机匣环锻件近净成形生产制造 （2）通过项目的实施达到了如下技术指标 1)Inco718材料力学性能指标： 室温力学性能：Rm≥1460MPa;Rp0.2≥1170MPa;A≥16%;Z≥26%; 650℃高温力学性能：Rm≥1160MPa;Rp0.2≥950MPa;A≥30%;Z≥62%; 650℃持久性能：应力689MPa,时间≥48h。 2)高倍组织 锻件显微组织及低倍组织应符合Q/ACAE JM1499的要求。 晶粒度达到7.5级。 3)超声波探伤 按HB/Z 59 进行超声波探伤,按A级验收。 4)整体精密环轧件尺寸精度达到环件外径的3/1000; 5)整体精密环轧件锻件投料重量由1469Kg降至1050Kg,材料利用率提高到45.79%以上; 6)整体精密环轧件性能及冶金质量满足AMS5663标准的要求。 3、技术创造性与先进性 通过项目的实施解决了Inco718合金复杂异形截面环锻件在锻造过程中锻件表面极易出现裂纹、产品晶粒度较大的问题,实现Inco718合金运用到航空发动机优质旋转部件的生产中。通过技术研究优化工艺参数,完成批次稳定性考核;形成相关工艺规范、标准。保证整体精密环件性能满足AMS5663标准,最终实现Inco718高温合金环锻件锻造、工序转运过程温度零损耗,锻造过程内部组织精密控制,控制锻件晶粒度在6～8级之间,并且表面没有常见的质量缺陷,达到减小锻件后续机加余量、减少成本的效果。实现了进口替代,填补国内空白。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 通过项目的实施,利用项目关键技术已成功研制出合格的试样产品,并实现了产业化生产。通过民用航空发动机用Inco718合金机匣环件整体轧制精密制造技术研究,公司Inco718合金环件产品工艺技术达到国内领先、国际先进水平,性能得到大幅提升,更加具有市场竞争力。自项目实施并实现产业化以来,生产过程顺利进行未发生然后安全事故,在公司合理的生产安全管理下,项目具有可靠的安全性。此外,该项目技术成果还可以推广应用到航天、船舶、电力、新能源等环锻件的制造中。