Inconel625高鎳合金模鍛工藝探索

文/王雷遠，朱高甲·日照得信機械制造有限公司

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、高腐蝕環境下長期工作，被廣泛應用在化工、冶金、航空、核工業、海洋環境等。但由于高鎳合金的合金化程度非常高，塑性成形難度大，對各個工藝環節控制要求非常嚴格，目前多數零件加工時采用精密鑄造成形或通過數控加工成形。

試驗材料成分

我公司接到美國客戶發動機端蓋詢盤，該發動機端蓋材料是Inconel625高鎳合金，產品形狀并不復雜，簡圖如圖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55%左右，相關資料也有提到該材料塑性差，鍛造難度大。從材料供應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，就可能出現廢品。

材料初試結果

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，初步制定了一套實施方案：由于該材料價格昂貴，且車削加工性能差，難以加工。為節省材料，減少加工余量，經過權衡，最終還是決定采用模鍛方式進行毛坯成形，然后通過機加工獲得該零件。

圖1 發動機端蓋簡圖

表1 Inconnel625的化學成分（%）

我們首先采購了少量棒材進行鍛造性能測試，直徑φ50mm棒料，中頻爐加熱，空氣錘鍛打并總結了以下經驗：

⑴加熱溫度不能超過1200℃，溫度過高時鍛造直接碎裂，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過固溶處理后取試棒做機械性能試驗，從結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，對應檢測詳見表2。

圖4 合格料棒圖

材料的模鍛性能試驗結果與分析

通過這次試驗，我們掌握了一些該材料的鍛造性能及鍛造控制要點，為了進一步試驗該材料的模鍛性能，根據客戶圖紙設計了鍛件圖并先制作了一套試驗模具，準備再進行一次模鍛工藝試驗，為了更好的控制加熱溫度，這次選用電阻箱式爐加熱，加熱溫度設定為1160℃，在1600t摩擦壓力機上進行鍛造。鍛件圖如圖5所示。

圖5 鍛件圖

然而試驗并不順利，由于該材料流動性差，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處由于圓角過小導致模具沿角出現裂紋。

工藝優化改進及試制

總結了這次試鍛的經驗，決定調整設計，采用預、終鍛工藝，增加預成形工序，對終鍛模具易開裂部位進行了形狀優化，改進后對應模具示意圖如圖7，圖8所示，并對工藝細節進行了重點要求。

表2 試棒機械性能檢測結果

圖6 鍛件缺陷示意圖

圖7 預鍛模具示意圖

圖8 終鍛模具示意圖

⑴對材料加熱進行了重新規范，爐溫設定不變，但要求進行保溫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，避免中間過程時間長造成溫度下降；

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

在實際試鍛過程中又增加了一次預鍛過程：在一次預鍛結束后，坯料回爐保溫20分鐘，出爐進行二次預鍛（同模）。預鍛結束后，坯料再次回爐保溫。更換終鍛模具，進行終鍛，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

樣件試驗結果與總結

通過前期的充分準備、反復試驗積累，該產品的模鍛工藝試驗獲得了成功，后續通過熱處理、機加工，我們很快給客戶提交了試驗樣件，客戶經過檢驗后對產品質量非常滿意，成品如圖10所示。總結出Inconel625高鎳合金材料的鍛造要點如下：

圖10 試驗合格樣件成品圖片

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

結束語

在經過小批量試產后探討批量生產合同的過程中該項目突然擱淺，由于特殊原因，沒能批量生產，沒能給我公司帶來效益，甚至還有部分試驗損失，但我們在該產品實現的探索、試驗過程中積累到的一些寶貴的經驗，或許能為以后類似項目提供技術參考。