航天用GH3600合金管成形工艺
2017-04-07 08:28:48

0GH3600合金是一种适用于1100℃以下承受低载荷的抗氧化镍基高温合金,而航天用GH3600合金管材主要用于运载火箭上面级动力装置的氢氧火箭发动机。目前,美国正在规划以氢氧火箭发动机为基础的轨道转移飞行器及单级入轨的航天飞机,为登月研制的土星火箭,其二、三级采用J-2氢氧发动机,法国等西欧国家研制的阿里安火箭以及日本正在研制的运载火箭上面级均采用氢氧发动机作为其主动力装置。GH3600合金无缝管作为我国新一代氢氧发动机的主要配套产品和关键攻关项目,对提高我国航天发展的综合实力起到重要的促进作用。

目前国内镍基管材的开坯主要采用锻造+钻孔或斜轧穿孔工艺。其中锻造+钻孔工艺由于锻造比的限制,管坯晶粒度相对不均匀,加之钻孔工序对原料的浪费比较大,所以一般只适用于壁较厚、长度短并且难于热加工材料管坯的制备。而斜轧穿孔工艺虽然具有效率高、成品率高的优点,但是由于其自身的结构限制,不论是两辊、三辊斜轧穿孔开坯,材料的受力方式都不是三向压应力,从而使管坯的横截面上产生环状微裂纹而影响后续加工的可能性。因此,航天用GH3600合金管材选用挤压的开坯方式,避免了上述情况的产生。管材挤压开坯的关键点在于挤压比、挤压温度的匹配,高挤压比有利于获得更加均匀的组织但同时会增加挤压力,而高挤压温度在降低挤压力的同时降低了产品表面的质量和尺寸精度。同时高温合金挤压中的包套及润滑方式同样起到了至关重要的作用。

挤压开坯的设备选用2.5MN卧式挤压机,挤压坯料规格为Φ外125mm×Φ内37mm×长度L,外表面采用铜包套润滑,挤压力在1.6~1.8MN,挤压参数:加热温度960~980℃,保温时间90~120min,模具预热温度500~600℃,挤压速度80~100mm•s-1,挤压比10.1。

成品冷轧采用了两种不同的加工率分配方法,针对从Φ15mm×1.75mm轧至Φ5.8mm×0.4mm成品的不同冷轧工艺,对比了不同的冷轧工艺对成品力学性能的影响。工艺1的退火间道次加工率分配在68.9%~70%的范围内,工艺2的退火间道次加工率分配在51.5%~56.9%之间。试验结果如下:

(1)GH3600合金管采用挤压开坯可明显细化组织,提高组织均匀性。

(2)成品冷加工率控制在51%~57%的范围内,不但可以获得良好的成品组织,同时提高了室温伸长率和高温屈服强度,获得了更好的成品性能。室温伸长率为39.8%,900℃下Rm为124MPa,Rp0.2为82MPa。

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