本发明公开了航空用高韧性长寿命大型转子轴类锻件制造工艺，其工艺步骤如下：原材料冶炼→均匀化加热→下料→锻造前加热→开坯→正火→粗车UT探伤、低倍组织检测及非金属夹杂物检测→锻造前加热→高温锻造→冷变形强化→循环热处理→亚温淬火→深冷处理→回火→粗车探伤→精车加工。采用上述的制造工艺生产的转子轴类锻件的技术指标能达到如下标准：抗拉强度Rm（MPa）≥1250，屈服强度Rp0.2（MPa）≥1100，延伸率A（%）≥10，断面收缩率Z（%）≥45，硬度HRC≥38，冲击功（J）≥40，断裂韧性K1C(MPa·m1/2)≥100，晶粒度不粗于5级，旋转弯曲疲劳极限不小于600MPa（Kt=1，R=‑1）。
1.航空用高韧性长寿命大型转子轴类锻件制造工艺，其工艺步骤如下：原材料冶炼→均匀化加热→下料→锻造前加热→开坯→正火→粗车UT探伤、低倍组织检测及非金属夹杂物检测→锻造前加热→高温锻造→冷变形强化→循环热处理→亚温淬火→深冷处理→回火→粗车探伤→精车加工；其特征在于：（1）原材料冶炼：以4340H钢为原材料进行冶炼得到锻造用钢，该钢的化学成分要求如下：C：0.38～0.43% 、Si：0.15～0.35%、Mn ：0.70～0.90%、P：≤0.020%、S：≤0.015 %、Cr：
0.70～0.90%、Mo： 0.50～0.80%、Ni ：0.20～0.60%、Cu：≤0.2%、V：0.10～0.30%、Al：≤
0.020%、Ti：≤0.020%、Sn：≤0.020%、Pb：≤0.005% 、N：≤25ppm、H：≤1.8ppm、O：≤20ppm；
4340H钢的冶炼方法为：通过炉外精炼冶炼原材料，然后将原材料在真空感应炉中进行合金化并进行脱气，接着将原材料浇铸成自耗电极锭，然后对自耗电极锭进行真空自耗重熔冶炼并进一步脱气，最后采用成分均匀化凝固技术浇铸成锻造用钢；
（2）均匀化加热：将钢锭放至于电炉中的垫块上，钢锭装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对钢锭进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1250℃±20℃后保温5～6h，然后钢锭出炉空冷至室温；
（3）锻造前加热：将下料所得的钢坯平放于加热炉中的垫块上，并且在钢坯的四周围一圈低温合金钢，钢坯装炉时炉内温度≤400℃，装炉完成后保温2～3h；然后加热炉的烧嘴对着低温合金钢进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1050℃±20℃后保温4～
5h，然后继续加热使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1200℃±20℃后保温4～5h；
（4）开坯：钢坯的始锻温度≤1150℃，钢坯的终锻温度≥750℃；对钢坯至少进行一次拔长和一次墩粗，开坯中的锻造比≥5；
（5）正火：将开坯得到的锻件放至于电炉中的垫块上，锻件装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对锻件进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至870℃±20℃后保温D/
25h，D为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件出炉空冷至室温；
（6）粗车UT探伤、低倍组织检测及非金属夹杂物检测：对锻件进行粗车，对锻件两端车下料分别进行低倍组织检测和非金属夹杂物检测，低倍组织检测按照ASTM A604标准图片评级，锻件横向低倍组织需满足如下要求：黑斑≤A级，白斑≤A级，径向偏析≤B级，环状组织≤B级；非金属夹杂物检测按照ASTM E45中的A法评级，非金属夹杂物需满足如下要求：A：粗系≤1.0 ，最高级别允许的视场数为1，总的可评视场数为1；细系≤2.0，最高级别允许的视场数为a1，总的可评视场数为b1；B：粗系≤1.0 ，最高级别允许的视场数为1，总的可评视场数为1；细系≤1.5，最高级别允许的视场数为a2，总的可评视场数为b2；C：粗系≤1.0 ，最高级别允许的视场数为1，总的可评视场数为1；细系≤1.5，最高级别允许的视场数为a3，总的可评视场数为b3；D：粗系≤1.0 ，最高级别允许的视场数为1，总的可评视场数为1；细系≤1.5，最高级别允许的视场数为3，总的可评视场数为8；注：a=a1+a2+a3，a≤3；b=b1+b2+b3，b≤8；对粗车后的锻件按照EN10228-3：1998V级进行UT探伤检测；如果锻件的低倍组织检测或非金属夹杂物检测或UT探伤的结果不符合要求，锻件需重新锻造；
（7）高温锻造：锻件的始锻温度≤1150℃，锻件的终锻温度≥750℃；对锻件至少进行一次拔长和一次墩粗；高温锻造中的锻造比≥5；
（8）冷变形强化：将锻件平放于加热炉中的垫块上，并且在锻件的四周围一圈低温合金钢，锻件装炉时炉内温度≤200℃，然后加热炉的烧嘴对着低温合金钢进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至650℃±20℃后保温D1/25h，D1为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件出炉进行锻造；锻件的始锻温度≤700℃，锻件的终锻温度≥500℃，对锻件至少进行一次拔长和一次墩粗，然后对锻件进行整修和滚圆；冷变形强化中的锻造比≥5；
（9）循环热处理：对锻件至少进行两次正火，正火步骤为：将锻件放至于电炉中的垫块上，锻件装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对锻件进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至870℃±20℃后保温D2/25h，D2为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件出炉空冷至室温；
(10)亚温淬火：将锻件放至于电炉中的垫块上，锻件装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对锻件进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至800℃±20℃后保温D3/100h，D3为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件出炉进行淬火，淬火时采用水冷到底的冷却方式；
(11)深冷处理：将锻件放至于电炉中的垫块上，锻件装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对锻件进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至870℃±20℃后保温D4/25h，D4为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件出炉放在液氮中冷却；
(12)回火：将锻件放至于电炉中的垫块上，锻件装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对锻件进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至460℃±20℃后保温D5/12.5h，D5为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件放入水中冷却。
2.根据权利要求1所述的航空用高韧性长寿命大型转子轴类锻件制造工艺，其特征在于：均匀化加热、正火、循环热处理、亚温淬火、深冷处理、回火中使用的电炉均为气氛保护热处理炉。
3.根据权利要求1或2所述的航空用高韧性长寿命大型转子轴类锻件制造工艺，其特征在于：循环热处理中，对锻件进行两次正火。
航空用高韧性长寿命大型转子轴类锻件制造工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及轴类锻件锻造领域，具体涉及航空用高韧性长寿命大型转子轴类锻件制造工艺。
背景技术
[0002] 轴类锻件作为高速旋转零部件，要求具有高的强度、高的韧性和高的抗疲劳性能。现有一种航空用的大型转子轴类锻件需要达到如下技术要求：抗拉强度Rm（MPa）≥1250，屈服强度Rp0.2（MPa）≥1100，延伸率A（%）≥10，断面收缩率Z（%）≥45，硬度HRC≥38，冲击功（J）≥40，断裂韧性K1C(MPa·m1/2) ≥100，晶粒度不粗于5级，旋转弯曲疲劳极限不小于
600MPa（Kt=1，R=-1）；但是现有的轴类锻件制造工艺制得的轴类锻件还无法达到上述的技术要求。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是：将提供一种能生产高要求轴类锻件的航空用高韧性长寿命大型转子轴类锻件制造工艺。
[0004] 为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：航空用高韧性长寿命大型转子轴类锻件制造工艺，其工艺步骤如下：原材料冶炼→均匀化加热→下料→锻造前加热→开坯→正火→粗车UT探伤、低倍组织检测及非金属夹杂物检测→锻造前加热→高温锻造→冷变形强化→循环热处理→亚温淬火→深冷处理→回火→粗车探伤→精车加工；其特点是：
[0005] （1）原材料冶炼：以4340H（VAR）钢为原材料，其化学成分要求如下：C：0.38～0.43% 、Si：0.15～0.35%、Mn ：0.70～0.90%、P：≤0.020%、S：≤0.015 %、Cr：0.70～0.90%、Mo： 0.50～0.80%、Ni ：0.20～0.60%、Cu：≤0.2%、V：0.10～0.30%、Al：≤0.020%、Ti：≤0.020%、Sn：≤0.020%、Pb：≤0.005% 、N：≤25ppm、H：≤1.8ppm、O：≤20ppm；通过炉外精炼冶炼原材料，然后将原材料在真空感应炉中进行合金化并进行脱气，接着将原材料浇筑成自耗电极锭，然后对原材料进行真空自耗重熔冶炼并进一步脱气，最后采用成分均匀化凝固技术将原材料浇筑成自耗电极锭；
[0006] （2）均匀化加热：将钢锭放至于电炉中的垫块上，钢锭装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对钢锭进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1250℃±20℃后保温5～6h，然后钢锭出炉空冷至室温；
[0007] （3）锻造前加热：将下料所得的钢坯平放于加热炉中的垫块上，并且在钢坯的四周围一圈低温合金钢，钢坯装炉时炉内温度≤400℃，装炉完成后保温2～3h；然后加热炉的烧嘴对着低温合金钢进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1050℃±20℃后保温4～5h，然后继续加热使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1200℃±20℃后保温4～5h；
[0008] （4）开坯：钢坯的始锻温度≤1150℃，钢坯的终锻温度≥750℃；对钢坯至少进行一次拔长和一次墩粗，开坯中的锻造比≥5；
[0009] （5）正火：将开坯得到的锻件放至于电炉中的垫块上，锻件装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对锻件进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至870℃±20℃后保温D/25h，D为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件出炉空冷至室温；
[0010] （6）粗车UT探伤、低倍组织检测及非金属夹杂物检测：对锻件进行粗车，对锻件两端车下料分别进行低倍组织检测和非金属夹杂物检测，低倍组织检测按照ASTM A604标准图片评级，锻件横向低倍组织需满足如下要求：黑斑≤A级，白斑≤A级，径向偏析≤B级，环状组织≤B级；非金属夹杂物检测按照ASTM E45中的A法评级，非金属夹杂物需满足如下要求：A：粗系≤1.0 ，最高级别允许的视场数为1，总的可评视场数为1；细系≤2.0，最高级别允许的视场数为a1，总的可评视场数为b1；B：粗系≤1.0 ，最高级别允许的视场数为1，总的可评视场数为1；细系≤1.5，最高级别允许的视场数为a2，总的可评视场数为b2；C：粗系≤1.0 ，最高级别允许的视场数为1，总的可评视场数为1；细系≤1.5，最高级别允许的视场数为a3，总的可评视场数为b3；D：粗系≤1.0 ，最高级别允许的视场数为1，总的可评视场数为
1；细系≤1.5，最高级别允许的视场数为3，总的可评视场数为8；注：a=a1+a2+a3，a≤3；b=b1+b2+b3，b≤8；对粗车后的锻件按照EN10228-3：1998V级进行UT探伤检测；如果锻件的低倍组织检测或非金属夹杂物检测或UT探伤的结果不符合要求，锻件需重新锻造；
[0011] （7）高温锻造：锻件的始锻温度≤1150℃，锻件的终锻温度≥750℃；对锻件至少进行一次拔长和一次墩粗；高温锻造中的锻造比≥5；
[0012] （8）冷变形强化：将锻件平放于加热炉中的垫块上，并且在锻件的四周围一圈低温合金钢，锻件装炉时炉内温度≤200℃，然后加热炉的烧嘴对着低温合金钢进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至650℃±20℃后保温D1/25h，D1为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件出炉进行锻造；锻件的始锻温度≤700℃，锻件的终锻温度≥500℃，对锻件至少进行一次拔长和一次墩粗，然后对锻件进行整修和滚圆；冷变形强化中的锻造比≥5；
[0013] （9）循环热处理：对锻件至少进行两次正火，正火步骤为：将锻件放至于电炉中的垫块上，锻件装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对锻件进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至870℃±20℃后保温D2/25h，D2为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件出炉空冷至室温；
[0014] （10） 亚温淬火：将锻件放至于电炉中的垫块上，锻件装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对锻件进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至800℃±20℃后保温D3/100h，D3为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件出炉进行淬火，淬火时采用水冷到底的冷却方式；
[0015] （11）深冷处理：将锻件放至于电炉中的垫块上，锻件装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对锻件进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至870℃±20℃后保温D4/25h，D4为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件出炉放在液氮中冷却；
[0016] （12）回火：将锻件放至于电炉中的垫块上，锻件装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对锻件进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至460℃±20℃后保温D5/12.5h，D5为此时锻件直径，单位为mm，然后锻件放入水中冷却。
[0017] 进一步的，前述的航空用高韧性长寿命大型转子轴类锻件制造工艺，其中：均匀化加热、正火、循环热处理、亚温淬火、深冷处理、回火中使用的电炉均为气氛保护热处理炉。
[0018] 进一步的，前述的航空用高韧性长寿命大型转子轴类锻件制造工艺，其中：循环热处理中，对锻件进行两次正火。
[0019] 本发明的优点为：采用所述的航空用高韧性长寿命大型转子轴类锻件制造工艺生产的转子轴类锻件的技术指标能达到如下标准：抗拉强度Rm（MPa）≥1250，屈服强度Rp0.2（MPa）≥1100，延伸率A（%）≥10，断面收缩率Z（%）≥45，硬度HRC≥38，冲击功（J）≥40，断裂韧性K1C(MPa·m1/2) ≥100，晶粒度不粗于5级，旋转弯曲疲劳极限不小于600MPa（Kt=1，R=-1）。
具体实施方式
[0020] 下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0021] 航空用高韧性长寿命大型转子轴类锻件制造工艺，其工艺步骤如下：原材料冶炼→均匀化加热→下料→锻造前加热→开坯→正火→粗车UT探伤、低倍组织检测及非金属夹杂物检测→锻造前加热→高温锻造→冷变形强化→循环热处理→亚温淬火→深冷处理→回火→粗车探伤→精车加工；
[0022] （1）原材料冶炼：以4340H（VAR）钢为原材料，其化学成分要求如下：C：0.38～0.43% 、Si：0.15～0.35%、Mn ：0.70～0.90%、P：≤0.020%、S：≤0.015 %、Cr：0.70～0.90%、Mo： 0.50～0.80%、Ni ：0.20～0.60%、Cu：≤0.2%、V：0.10～0.30%、Al：≤0.020%、Ti：≤0.020%、Sn：≤0.020%、Pb：≤0.005% 、N：≤25ppm、H：≤1.8ppm、O：≤20ppm；通过炉外精炼冶炼原材料，然后将原材料在真空感应炉中进行合金化并进行脱气，接着将原材料浇筑成自耗电极锭，然后对原材料进行真空自耗重熔冶炼并进一步脱气，最后采用成分均匀化凝固技术将原材料浇筑成自耗电极锭；
[0023] （2）均匀化加热：将钢锭放至于电炉中的垫块上，钢锭装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对钢锭进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1250℃±20℃后保温5～6h，然后钢锭出炉空冷至室温；
[0024] （3）下料：下料前去除钢锭外径处硬化层、炉渣、凹坑、两端面凹槽、倾斜等缺陷；下料所得钢坯的尺寸为φ810×494；
[0025] （4）锻造前加热：将下料所得的钢坯平放于加热炉中的垫块上，并且在钢坯的四周围一圈低温合金钢，钢坯装炉时炉内温度≤400℃，装炉完成后保温2～3h；然后加热炉的烧嘴对着低温合金钢进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1050℃±20℃后保温4～5h，然后继续加热使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1200℃±20℃后保温4～5h；
[0026] （5）开坯：钢坯的始锻温度≤1150℃，钢坯的终锻温度≥750℃；首先将钢坯拔长至φ600×887，然后将钢坯墩粗至φ550×1050，接着将钢坯拔长至φ500×1265，然后将钢坯墩粗至φ550×1042，接着将钢坯拔长至φ480×1326；
[0027] （6）正火：将开坯得到的锻件放至于电炉中的垫块上，锻件装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对锻件进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至870℃±20℃后保温480/25=19.2h，然后锻件出炉空冷至室温；通过正火来消除组织不均匀性，细化晶粒；
[0028] （7）粗车UT探伤、低倍组织检测及非金属夹杂物检测：将锻件粗车至φ450×1280，对锻件两端的车下料分别进行低倍组织检测和非金属夹杂物检测，低倍组织检测按照ASTM A604标准图片评级，锻件横向低倍组织需满足如下要求：黑斑≤A级，白斑≤A级，径向偏析≤B级，环状组织≤B级；非金属夹杂物检测按照ASTM E45中的A法评级，非金属夹杂物需满足如下要求：A：粗系≤1.0 ，最高级别允许的视场数为1，总的可评视场数为1；细系≤2.0，最高级别允许的视场数为a1，总的可评视场数为b1；B：粗系≤1.0 ，最高级别允许的视场数为1，总的可评视场数为1；细系≤1.5，最高级别允许的视场数为a2，总的可评视场数为b2；C：粗系≤1.0 ，最高级别允许的视场数为1，总的可评视场数为1；细系≤1.5，最高级别允许的视场数为a3，总的可评视场数为b3；D：粗系≤1.0 ，最高级别允许的视场数为1，总的可评视场数为1；细系≤1.5，最高级别允许的视场数为3，总的可评视场数为8；注：a=a1+a2+a3，a≤3；b=b1+b2+b3，b≤8；对粗车后的锻件按照EN10228-3：1998V级进行UT探伤检测；如果锻件的低倍组织检测或非金属夹杂物检测或UT探伤的结果不符合要求，锻件需重新锻造；
[0029] （8）锻造前加热：将锻件平放于加热炉中垫块上，并且在锻件的四周围一圈低温合金钢，锻件装炉时炉内温度≤400℃，装炉完成后保温2～3h；然后加热炉的烧嘴对着低温合金钢进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1050℃±20℃后保温4～5h，然后继续加热使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至1200℃±20℃后保温4～5h；
[0030] （9）高温锻造：锻件的始锻温度≤1150℃，锻件的终锻温度≥750℃；首先将锻件墩粗至φ550×856，然后将锻件墩粗至φ600×718，接着将锻件拔长至φ550×850，然后将锻件墩粗至φ600×712，接着将锻件墩粗至φ650×602；
[0031] （10）冷变形强化：将锻件平放于加热炉中的垫块上，并且在锻件的四周围一圈低温合金钢，锻件装炉时炉内温度≤200℃，然后加热炉的烧嘴对着低温合金钢进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至650℃±20℃后保温650/25=26h，然后锻件出炉进行锻造；锻件的始锻温度≤700℃，锻件的终锻温度≥500℃，首先将锻件拔长至φ580×750，然后将锻件墩粗至φ680×542，接着将锻件拔长至φ600×692，然后将锻件墩粗至φ700×440，最后对锻件进行整修和滚圆；
[0032] （11）循环热处理：对锻件进行两次正火，通过正火来消除组织不均匀性，细化晶粒，正火步骤为：将锻件放至于电炉中的垫块上，锻件装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对锻件进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至870℃±20℃后保温700/25=28h，然后锻件出炉空冷至室温；
[0033] （12）亚温淬火：将锻件放至于电炉中的垫块上，锻件装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对锻件进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至800℃±20℃后保温700/100=7h，然后锻件出炉进行淬火，淬火时采用水冷到底的冷却方式；
[0034] （13）深冷处理：将锻件放至于电炉中的垫块上，锻件装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对锻件进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至870℃±20℃后保温700/25=28h，然后锻件出炉放在液氮中冷却；通过深冷处理使残余奥氏体转变为马氏体，从而提高断裂韧性；
[0035] （14）回火：将锻件放至于电炉中的垫块上，锻件装炉时炉内温度≤200℃，开启电炉对锻件进行加热，使得炉内温度以≤100℃/h的速率升温至460℃±20℃后保温700/12.5=56h，然后锻件放入水中冷却；
[0036] （15） 对锻件进行粗车探伤；
[0037] （16）根据图纸尺寸对锻件进行精车加工。
[0038] 在本实施例中，均匀化加热、正火、循环热处理、亚温淬火、深冷处理、回火中使用的电炉均为气氛保护热处理炉。气氛保护热处理炉的温控更加精确，能更好的进行热处理。
