航天用GH3600合金管材生產工藝優(yōu)化

航天用GH3600合金管材作為廣泛應用于運載火箭上及動力裝置的氫氧火箭發(fā)動機，是我國航天新一代運載火箭發(fā)展規(guī)劃研制的新型發(fā)動機的重要組成部分，每臺發(fā)動機噴管延伸段需要372根GH3600合金無縫管材。目前，美國正在規(guī)劃以氫氧火箭發(fā)動機為基礎的軌道轉移飛行器及單級入軌的航天飛機，為登月研制的土星火箭，其二、三級采用J-2氫氧發(fā)動機。法國等西歐國家研制的阿里安火箭以及日本正在研制的運載火箭的上面級均采用氫氧發(fā)動機作為其主動力裝置。GH3600合金無縫管也是我國新一代的氫氧發(fā)動機的主要配套產品和關鍵攻關項目。目前國內鎳基管材的開坯主要采用鍛造或斜軋穿孔工藝?？蒲腥藛T通過改進擠壓開坯方式、控制加工工藝、退火工藝及成品的清洗方式，提高了管材的成品率及組織穩(wěn)定性。

該產品的原料要求不同于國標中對于GH3600合金的技術要求，其主要區(qū)別在于“真空感應+電渣重熔”的熔煉方式及夾雜成分的要求。原料尺寸Φ145mm×2820mm，鍛態(tài)，晶粒度3～6級。

國內鎳基管材一般采用的開坯方式主要包括鍛造(擠壓)及斜軋穿孔。其中鍛造工藝主要應用于各種結構件的開坯，斜軋穿孔工藝主要應用于管材的開坯。斜軋穿孔工藝效率高、成品率高，但由于自身的結構限制，不論是兩輥、三輥斜軋穿孔開坯，材料的受力方式都不是三向壓應力，從而使管坯的橫截面上不可避免地產生了環(huán)狀微裂紋而影響后續(xù)加工。因此，航天用GH3600合金管材選用擠壓開坯方式。

經過多次的試驗總結，擠壓開坯設備選用25MN臥式擠壓機，擠壓參數(shù)為：加熱溫度960～980℃(低檔慢速)，保溫時間90～120min，擠壓速度80～100mm?s-1，擠壓比6.5～8.0。擠壓后用Φ20～Φ90mm七輥矯直機矯直，擠壓后管坯晶粒度為7.5～10級。

產品的一般道次變形加工率20%～60%，退火間道次加工率浮動范圍不能太大，以保證成品管材的晶粒度均勻，退火間總加工率57%～67%。同時為了提高成品管材的內窺鏡通過率，在管坯規(guī)格為Φ39mm×5mm時，對管坯進行內表面鏜孔。經過對比，在管坯規(guī)格為Φ39mm×5mm時對管坯追加鏜孔處理可明顯增加成品的復檢通過率。GH3600合金管的退火工藝：退火溫度970±30℃，保溫時間45min，停爐溫度≤150℃，真空度≤10-2Pa。

常規(guī)的管材內表面的清洗方法主要采用溶劑長時間浸泡以及超聲波結合溶劑浸泡清洗。這兩種方式各自有其明顯的優(yōu)點，并在實際生產中大量采用，但是對于長度大于5m并且長徑比大于1000的金屬管材的清洗，效果不明顯。因此，對GH3600合金成品管材清洗改用溶劑浸泡加酒精浸泡的脫脂棉球，通過高壓氣體清洗的方法。經過多次試驗，該方法的綜合成本及清潔效果較好。