[發明專利]一種高溫合金細晶棒材的鍛制方法

有效

• 申請號: 201110449582.8
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102492906A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 呂旭東;杜金輝;鄧群;曲敬龍;王民慶;畢中南;陳國勝;王慶增
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: C22F1/10
• 分類號: C22F1/10;C22C19/05
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于鍛造技術領域，特別是涉及一種高溫合金細晶棒材的鍛制方法，適用于冶金行業的GH4169合金的熱加工鍛造，用于變形溫度區間狹窄、熱加工工藝參數敏感型高溫合金的開坯。

技術背景

高溫合金由于具有優異的綜合力學性能和抗氧化、耐腐蝕能力而成為石化、核能、航空、航天等工業領域承受高溫、腐蝕、載荷等惡劣使用環境關鍵部件不可或缺的材料。高溫合金一般都有較高的合金元素含量，如Ni、Cr、Mo、W、Co等。此類合金元素大多是我國的戰略合金資源，原料價格較高。加入該類元素之后給合金的冶煉和熱加工帶來很大困難，致使高溫合金產品成材率很低。

In718(國內牌號GH4169)合金由于具有較高的熱強性和良好的綜合力學性能以及較好的熱加工塑性，成為美國應用最為廣泛的航空發動機用變形高溫合金。用其制備的零件包括渦輪盤、壓氣機盤、篦齒盤、葉片、軸、螺栓和螺母等，是一種典型的一材多用合金，其產量已達變形高溫合金年總產量的45％。這種合金最大特點在于采用不同的熱變形工藝可以得到組織和性能差異較大的材料，換句話說，GH4169合金是一種熱加工工藝敏感型合金。

目前國內采用快鍛機單向拔長的開坯工藝生產的GH4169合金棒材，變形方向單一，碳化物破碎不充分且沿流線呈串狀分布，很容易成為疲勞裂紋源。另外，由于多火次鍛造回爐空燒導致棒材晶粒長大，不易得到均勻的細晶組織。以上原因成為制約我國高溫合金棒材質量提高的瓶頸。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高溫合金細晶棒材的鍛制方法，采用鐓拔加徑鍛聯合開坯的生產方式，變形量很大且變形方向交替變換，碳化物破碎充分且彌散分布，提高了合金的疲勞性能。棒材最終通過徑鍛一火成形，避免了回爐空燒導致的晶粒長大，且對棒材外圓變形非常有利，得到晶粒級差小于2級的細晶棒材。因此，這是一種很有前途的適用于高溫合金細晶棒材生產的新方法，推廣之后必將產生很好的社會經濟效益。

本發明能節約戰略合金資源、細化高溫合金棒材晶粒度、提高棒材組織均勻性；使變形高溫合金GH4169具有良好的熱強性和優異的綜合力學性能，同時具備較好的熱加工能力和焊接性能，被廣泛選作航空、航天發動機關鍵轉動件-渦輪盤的制備材料。

然而，由于該合金對熱加工工藝參數非常敏感，變形溫度區間只有100℃，熱加工過程難以控制，熱變形組織均勻性無法保證。目前采用快鍛機單向拔長方式生產的棒材中心和邊緣處晶粒度級差大于4級，且由于棒材外圓溫降嚴重導致相析出過多，出現大面積的黑晶組織，只能在其后的機加工過程加以去除，這極大地浪費了我國較為匱乏的戰略合金資源。

根據上述目的，本發明整體的技術方案為：

本發明針對一種高溫合金細晶棒材的鍛制方法，特別適用于組織對熱變形工藝敏感型合金。采用鐓拔加徑鍛聯合成形的方式，其徑鍛低溫加熱，加熱溫度為1000～1010℃，一火成形；所制棒材晶粒度大于ASTM?7級。具體工藝步驟如下：

首先將經過真空感應熔煉(VIM)+真空自耗重熔(VAR)的GH4169Φ508mm合金鑄錠在1160～1190℃高溫均勻化處理，然后在2000噸快鍛機鐓拔開坯，鐓粗變形量為30％，接著回爐加熱到1100～1120℃，拔長至1.6米。經過一到三次鐓拔(鐓拔次數根據棒材技術條件確定)再回爐加熱到1100～1120℃，拔長至6.4米、直徑Φ240mm。利用高溫粘結劑將棒坯均勻覆蓋保溫毯，再加熱到1000～1010℃，利用1300噸徑鍛機一火鍛制成形。

本發明鍛制的高溫合金細晶棒材晶粒組織均勻細小，達到ASTM7級以上，中心和外圓的晶粒度級差小于2級；δ相數量適中，呈短棒狀或顆粒狀分布于晶界；碳化物細小，且彌散分布。

本發明所述高溫粘結劑的各組分的質量百分數為35～40％Al₂O₃、48～52％SiO₂和9～15％Fe₂O₃的混合物。

本發明所述的高溫合金GH4169的化學組成成分重量百分比為C≤0.08％，Cr：17.0～21.0％，Mo：2.80～3.30％，Al：0.30～0.70％，Ti：0.75～1.15％，Nb：5.0～5.5％，Co≤1.0％，Ni：50～55％，Fe：余量。

采用本發明細晶棒材鍛制方法，棒材晶粒度大于ASTM?7級。

根據上述目的和工作原理，本發明具體的技術方案為：