文/王雷遠(yuǎn)，朱高甲·日照得信機(jī)械制造有限公司

高鎳合金主要合金元素是鉻、鉬、鎢，還含有少量的鈮、鉭和銦。它具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、抗氧化等特性，焊接性能也非常好。用高鎳合金加工的零部件可在高氧化、高腐蝕環(huán)境下長(zhǎng)期工作，被廣泛應(yīng)用在化工、冶金、航空、核工業(yè)、海洋環(huán)境等。但由于高鎳合金的合金化程度非常高，塑性成形難度大，對(duì)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)控制要求非常嚴(yán)格，目前多數(shù)零件加工時(shí)采用精密鑄造成形或通過數(shù)控加工成形。

試驗(yàn)材料成分

我公司接到美國(guó)客戶發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋詢盤，該發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋材料是Inconel625高鎳合金，產(chǎn)品形狀并不復(fù)雜，簡(jiǎn)圖如圖1所示。如果是普通材料，鍛造成形比較容易，但由于要求的材料是Inconel625高鎳合金，從表1中可以看到該材料合金含量非常高，鐵含量有5%，鎳含量達(dá)55%左右，相關(guān)資料也有提到該材料塑性差，鍛造難度大。從材料供應(yīng)商那里獲知該材料不僅鍛造抗力大，而且容易開裂，鍛造溫度控制稍有偏差，就可能出現(xiàn)廢品。

材料初試結(jié)果

接到試制訂單后，我們多次到上海、南京考察原材料情況，充分研究該材料性能后，初步制定了一套實(shí)施方案：由于該材料價(jià)格昂貴，且車削加工性能差，難以加工。為節(jié)省材料，減少加工余量，經(jīng)過權(quán)衡，最終還是決定采用模鍛方式進(jìn)行毛坯成形，然后通過機(jī)加工獲得該零件。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋簡(jiǎn)圖

表1 Inconnel625的化學(xué)成分（%）

我們首先采購(gòu)了少量棒材進(jìn)行鍛造性能測(cè)試，直徑φ50mm棒料，中頻爐加熱，空氣錘鍛打并總結(jié)了以下經(jīng)驗(yàn)：

⑴加熱溫度不能超過1200℃，溫度過高時(shí)鍛造直接碎裂，如圖2所示。

圖2 溫度過高，鍛件碎裂

⑵鍛造溫度不能太低，溫度過低鍛造抗力非常大，且容易開裂，如圖3所示。

圖3 溫度過低，鍛件開裂

將試鍛的合格料棒經(jīng)過固溶處理后取試棒做機(jī)械性能試驗(yàn)，從結(jié)果看鍛造后性能較好，塑性非常好，能夠滿足要求，合格料棒如圖4所示，對(duì)應(yīng)檢測(cè)詳見表2。

圖4 合格料棒圖

材料的模鍛性能試驗(yàn)結(jié)果與分析

通過這次試驗(yàn)，我們掌握了一些該材料的鍛造性能及鍛造控制要點(diǎn)，為了進(jìn)一步試驗(yàn)該材料的模鍛性能，根據(jù)客戶圖紙?jiān)O(shè)計(jì)了鍛件圖并先制作了一套試驗(yàn)?zāi)＞撸瑴?zhǔn)備再進(jìn)行一次模鍛工藝試驗(yàn)，為了更好的控制加熱溫度，這次選用電阻箱式爐加熱，加熱溫度設(shè)定為1160℃，在1600t摩擦壓力機(jī)上進(jìn)行鍛造。鍛件圖如圖5所示。

圖5 鍛件圖

然而試驗(yàn)并不順利，由于該材料流動(dòng)性差，鍛造抗力非常大，鍛件成形困難，部分邊角沒有充滿，這次試鍛沒能獲得合格的鍛件毛坯，主要缺陷如圖6中所示的a、b兩處未充滿，另外，c處由于圓角過小導(dǎo)致模具沿角出現(xiàn)裂紋。

工藝優(yōu)化改進(jìn)及試制

總結(jié)了這次試鍛的經(jīng)驗(yàn)，決定調(diào)整設(shè)計(jì)，采用預(yù)、終鍛工藝，增加預(yù)成形工序，對(duì)終鍛模具易開裂部位進(jìn)行了形狀優(yōu)化，改進(jìn)后對(duì)應(yīng)模具示意圖如圖7，圖8所示，并對(duì)工藝細(xì)節(jié)進(jìn)行了重點(diǎn)要求。

表2 試棒機(jī)械性能檢測(cè)結(jié)果

圖6 鍛件缺陷示意圖

圖7 預(yù)鍛模具示意圖

圖8 終鍛模具示意圖

⑴對(duì)材料加熱進(jìn)行了重新規(guī)范，爐溫設(shè)定不變，但要求進(jìn)行保溫30分鐘，使材料充分加熱均勻才可以鍛造；

⑵材料出爐要迅速，制作專用夾鉗取放坯料，避免中間過程時(shí)間長(zhǎng)造成溫度下降；

⑶用紅外線測(cè)溫儀檢測(cè)鍛造溫度不能低于1050℃，防止鍛造溫度過低造成材料開裂及設(shè)備損壞。

在實(shí)際試鍛過程中又增加了一次預(yù)鍛過程：在一次預(yù)鍛結(jié)束后，坯料回爐保溫20分鐘，出爐進(jìn)行二次預(yù)鍛（同模）。預(yù)鍛結(jié)束后，坯料再次回爐保溫。更換終鍛模具，進(jìn)行終鍛，最終獲得了較好的鍛件毛坯如圖9所示。

圖9 效果較好的鍛件毛坯圖

樣件試驗(yàn)結(jié)果與總結(jié)

通過前期的充分準(zhǔn)備、反復(fù)試驗(yàn)積累，該產(chǎn)品的模鍛工藝試驗(yàn)獲得了成功，后續(xù)通過熱處理、機(jī)加工，我們很快給客戶提交了試驗(yàn)樣件，客戶經(jīng)過檢驗(yàn)后對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量非常滿意，成品如圖10所示?？偨Y(jié)出Inconel625高鎳合金材料的鍛造要點(diǎn)如下：

圖10 試驗(yàn)合格樣件成品圖片

⑴控制加熱溫度1160～1190℃；⑵加熱到位后保溫，使其內(nèi)部組織充分均勻化；⑶充分考慮零件復(fù)雜性，設(shè)計(jì)合理鍛件形狀，便于成形；⑷根據(jù)鍛件形狀合理分配材料成形過程，一次變形量不可過大；⑸合理選擇設(shè)備噸位，較普通合金鋼增加一個(gè)等級(jí)。

結(jié)束語

在經(jīng)過小批量試產(chǎn)后探討批量生產(chǎn)合同的過程中該項(xiàng)目突然擱淺，由于特殊原因，沒能批量生產(chǎn)，沒能給我公司帶來效益，甚至還有部分試驗(yàn)損失，但我們?cè)谠摦a(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的探索、試驗(yàn)過程中積累到的一些寶貴的經(jīng)驗(yàn)，或許能為以后類似項(xiàng)目提供技術(shù)參考。