[發(fā)明專利]一種改善GH4698盤鍛件組織及高溫光滑疲勞性能的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611117335.7
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號: CN106702295B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王國強;秦衛(wèi)東;甄小輝;何森虎
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西宏遠航空鍛造有限責任公司
• 主分類號: C22F1/10
• 分類號: C22F1/10
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發(fā)明涉及一種改善GH4698盤鍛件組織及高溫光滑疲勞性能的方法。通常情況下，GH4698盤鍛件的生產(chǎn)需經(jīng)過鐓餅制坯、模鍛、二次固溶及時效熱處理數(shù)道工序，其中制坯與模鍛工序又包含鍛造加熱和變形工序。所有加熱工序的制定應(yīng)遵循GH4698材料在加熱時的組織變化特點，所有變形工序的制定也應(yīng)充分了解名義變形量與各區(qū)域真實變形量之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。本發(fā)明著重從GH4698加熱參數(shù)設(shè)置、變形工步分配等方面入手，可有效細化、均勻化GH4698盤鍛件組織，最終提高其高溫光滑疲勞性能。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于高溫合金的熱加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種改善GH4698盤鍛件組織及高溫光滑疲勞性能的方法。

背景技術(shù)：

GH4698是以鋁、鈦、鉬、鈮等元素強化的鎳基高溫合金，是在GH4033合金基礎(chǔ)上補充合金化發(fā)展而成的，在500～800℃范圍內(nèi)具有高的持久性能和良好的綜合性能。該合金廣泛用于制造航空發(fā)動機的渦輪盤、壓氣機盤、導(dǎo)流片、承力環(huán)等重要承力零件。工作溫度可達750～800℃。

航空發(fā)動機用GH4698產(chǎn)品所有加熱工序的制定應(yīng)遵循GH4698材料在加熱時的組織變化特點；同時所有變形工序的制定也應(yīng)充分了解名義變形量與各區(qū)域真實變形量之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。否則會導(dǎo)致GH4698盤鍛件出現(xiàn)諸如組織不均、晶粒粗大、動態(tài)再結(jié)晶晶粒減少、切變孿晶晶粒增多等現(xiàn)象。

加熱臺階溫度的設(shè)定應(yīng)根據(jù)GH4698材料在加熱時的組織變化特點：原始棒材組織為單相γ基體+少量初生碳化物及硼化物；棒材在980～1010℃之間加熱保溫一定時間，主要析出大尺寸的γ＇強化相(主要彌散于奧氏體基體內(nèi)部和晶界)，1000℃為析出鋒；隨加熱時間增加，析出數(shù)量增加，晶粒及晶界強化效果加強，晶粒長大的限制同時加強，晶粒生長速率減慢；棒材在1020℃以上溫度長時間加熱，各種強化相均溶解，為單相γ組織；此時晶粒生長限制減弱，生長速率加快。因此，設(shè)定的加熱臺階應(yīng)為“800℃預(yù)熱保溫、再升至990～1000℃預(yù)熱保溫、最后升至高溫區(qū)1100～1120℃保溫”。大量鍛造工藝主要考慮的是高溫區(qū)加熱溫度的設(shè)定及終鍛溫度的范圍，而并未重點考慮高溫區(qū)加熱之前相鄰預(yù)熱臺階的合理溫度范圍。譬如直接將預(yù)熱溫度設(shè)定為1050～1070℃左右，因為在工藝制定者看來，預(yù)熱溫度下晶粒不會長大，且縮短高溫區(qū)與相鄰預(yù)熱臺階之間的溫度差距有利于金屬首先在預(yù)熱溫度下熱透以減少高溫區(qū)保溫時間，從而降低晶粒在高溫區(qū)長大的幅度。但事實并非如此，因為GH4698材料在1020℃以上加熱條件下，幾乎是單相奧氏體組織，已溶解的彌散強化項γ＇起不到限制的作用，奧氏體晶粒便會迅速開始回復(fù)再結(jié)晶，逐漸合并長大。按此溫度臺階設(shè)定，每火次坯料首先在1050～1070℃溫度下預(yù)熱3～4小時，然后在高溫區(qū)1110～1120℃保溫2～3小時，相當于奧氏體組織每火次已發(fā)生5～7小時的回復(fù)再結(jié)晶。如果再不能保證有合適的變形量，鍛件組織及疲勞性能將很難達到要求。

合理分配鐓餅、模鍛工步每火次變形量，保證每火次25％～35％變形即可(不宜過大)，火次自定，加熱時在達到預(yù)定高溫區(qū)保溫時間后出爐采用硅酸鋁保溫棉軟包套。特別強調(diào)的是，每火次變形量的設(shè)定不能僅考慮整體大變形，也應(yīng)該考慮小變形區(qū)、不易變形區(qū)的變形狀態(tài)。如鐓餅整體變形量設(shè)置過大(設(shè)定為50％變形量一火完成)，即使已采取了包套保溫措施，也很難避免在長時間的變形過程中局部溫將嚴重的情況，其最大變形區(qū)域自然會超過50％的變形量，但小變形區(qū)或變形死區(qū)也一定會存在。這樣首先加劇了組織的不均勻性，其次是導(dǎo)致了大量未發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的原始大晶粒及因動態(tài)再結(jié)晶動力不足、直接通過切變形成的孿晶組織的混亂分布。

合理設(shè)定首次固溶加熱溫度：預(yù)熱臺階參考鍛造加熱中溫度設(shè)定，高溫區(qū)溫度應(yīng)盡量選擇下限溫度(通常1100～1120℃范圍)。首次固溶保溫時間為固定8小時，該條件下，晶粒會進一步發(fā)生回復(fù)再結(jié)晶，一般尺寸會增加1～1.5倍，如果鍛造時沒有對坯料進行很好的改善，基礎(chǔ)較差，那么經(jīng)過固溶之后(雖然會有一定的均勻化作用)組織會繼續(xù)變差，特別是超大晶粒(超過2.0mm)的存在會導(dǎo)致超生波探傷及高溫光滑疲勞等性能嚴重惡化。