一种改善大型GH4698涡轮盘锻件强度、塑性及冲击性能的方法技术

本发明专利技术属于高温合金的热加工领域，涉及一种改善大型GH4698涡轮盘锻件强度、塑性及冲击性能的方法。包括：制荒、模锻前需对棒材增加额外的预变形，对一次碳化物进行充分破碎；对预变形后的坯料需采用三向压应力式模具工装进行制荒，得到荒形；对荒形进行多火次模锻得到涡轮盘锻件；对涡轮盘锻件进行热处理。有效解决了原始大规格棒材一次碳化物组织偏聚引起的抗拉强度、塑性及冲击性能低下的问题。塑性及冲击性能低下的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种改善大型GH4698涡轮盘锻件强度、塑性及冲击性能的方法


[0001]本专利技术属于高温合金的热加工领域，涉及一种改善大型GH4698涡轮盘锻件强度、塑性及冲击性能的方法。

技术介绍

[0002]GH4698是以铝、钛、钼、铌等元素强化的镍基高温合金，是在GH4033合金基础上补充合金化发展而成的，在500～800℃范围内具有高的持久性能和良好的综合性能。该合金广泛用于制造航空发动机的涡轮盘、压气机盘、导流盘、导流片、挡油圈等重要承力零件。工作温度可达750～800℃。
[0003]通常大型GH4698涡轮盘锻件按照制荒、模锻或直接使用棒材直接模锻的方式进行生产，若使用≥φ250mm大规格棒材生产，涡轮盘锻件经常会出现抗拉强度、延伸率、断面收缩率及冲击性能低下的情况，且该情况一旦出现，无法通过热处理返修或其它方式进行改善，只能报废处理。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的：提供一种改善大型GH4698涡轮盘锻件强度、塑性及冲击性能的方法，以解决大型GH4698涡轮盘锻件基础组织差及常温机械性能低下的问题。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]一种改善大型GH4698涡轮盘锻件强度、塑性及冲击性能的方法，包括：
[0007]制荒、模锻前需对棒材增加额外的预变形，对一次碳化物进行充分破碎；
[0008]对预变形后的坯料需采用三向压应力式模具工装进行制荒，得到荒形；
[0009]对荒形进行多火次模锻得到涡轮盘锻件；
[0010]对涡轮盘锻件进行热处理。
[0011]进一步地，制荒、模锻前需对棒材增加额外的预变形，对一次碳化物进行充分破碎，具体包括：
[0012]对棒材在1120～1140℃范围内加热，采用压力机等静压设备对加热后的棒材进行自由锻镦/拔交替变形，镦/拔过程单工步变形量应≥50％，但不超过70％，锻压速度为5～8mm/s，终锻温度≥985℃，变形火次不超过2火次，锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却。
[0013]进一步地，对预变形后的坯料需采用三向压应力式模具工装进行制荒，得到荒形，具体包括：
[0014]对预变形后的坯料在1110～1120℃范围内加热，采用三向压应力式模具工装进行锻造制荒，锻造变形量≥25％，终锻温度≥985℃，锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却。
[0015]进一步地，对荒形进行模锻得到涡轮盘锻件，具体包括：
[0016]模锻加热温度为1110～1120℃，单火次变形量约35％～50％，需多火次成型，终锻温度≥985℃，锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却。
[0017]进一步地，对涡轮盘锻件进行热处理，具体包括：
[0018]第一次固溶、第二次固溶及时效；
[0019]进一步地，第一固溶温度为1100～1120℃，保温8小时，而后自然空冷至室温。
[0020]进一步地，第二固溶温度为1000℃，保温4小时，而后自然空冷至室温。
[0021]进一步地，时效温度为775℃，保温16小时，而后自然空冷至室温。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023]通常的大型GH4698涡轮盘锻件，常使用大规格(如φ250mm以上规格)棒材进行生产，若按照常规的制荒、模锻或直接使用棒材直接模锻的方式进行锻造，往往无法获得抗拉强度、延伸率、断面收缩率及冲击性能均合格的锻件。通过在制荒、模锻前对大规格棒材增加额外的预变形，并结合三向压应力式模具工装制荒，可以有效解决原始大规格棒材一次碳化物组织偏聚引起的抗拉强度、塑性及冲击性能低下的问题，可有力提高产品综合性能及市场竞争力。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。
[0025]申请人发现产生这种现象的原因与大规格GH4698棒材自身的冶炼工艺产生的成分波动或组织波动(如一次碳化物的异常偏聚)有关，且钢厂按照现有的工艺路线无法进行有效改善，目前国产大规格GH4698棒材，特别是φ250mm以上规格经常会出现这种基础组织较差的问题。无论是哪一种原因，都必须在锻件锻造前对所用原材料进行适当的预变形，改善大规格原材料组织的先天不足，同时需处理好合金易开裂的问题。
[0026]首先，我们通过反复研究发现，发生抗拉强度、塑性、冲击不合格的试样显微组织存在一个共同点，即晶界碳化物存在不同程度的偏聚，其中分布着尺寸大小不同的碳化物颗粒，且大颗粒碳化物聚集更为明显。我们知道，大颗粒碳化物主要为初生MC型一次碳化物，主要来源于原始棒材组织，主要沿晶内及晶界呈块状或长条状分布。另一种尺寸较小的M
23
C6二次碳化物是在锻件随后的时效热处理过程中缓慢转变析出而来的，主要在晶界上呈链状分布，在晶界上可起到一定的钉扎作用，阻止晶界移动。碳化物在晶界上的钉扎作用一定程度上可以提高晶界的屈服强度，但当大量碳化物聚集时，会加剧晶界微裂纹的萌生，并导致晶界的严重脆化。在进行拉伸试验时施加载荷通过屈服点后，试样会在塑性变形保持阶段提前断裂，导致抗拉强度下降，同样颈缩阶段也会提前结束，导致延伸率及断面收缩率下降。在低抗拉强度、低塑性的综合影响下，冲击韧性势必下降。MC型一次碳化物在晶界上的偏聚形态主要受钢厂冶炼及锻造工艺影响，小规格的GH4698棒材(如≤φ200mm规格)，钢厂由铸锭到锻棒的变形量较大，且规格越小变形量越大，组织动态再结晶越充分，组织细化越好，晶界碳化物等相破碎程度也越高；而大规格棒材(如≥φ250mm规格)则相对变形量较小，导致铸锭到锻棒动态再结晶相对不充分，组织未充分细化，晶界中的MC型一次碳化物等相亦未充分破碎。如果我们未能意识到这些细节，而盲目地在涡轮盘锻件工艺编制中直接采用常规的制荒、模锻方案，势必会对我们的锻件产品造成不可估量的损失。我们制定的制荒、模锻前增加预变形的方案，可有效解决大规格棒材组织、相基础较差的问题，考虑到
GH4698合金在自由锻造过程中极易开裂的特点，我们在制定预变形工艺时，必须要充分考虑预变形的变形方式、变形温度范围及变形程度范围，否则预变形方案将无法实施。
[0027]其次，与预变形相结合的工艺措施，是在随后的制荒工步中尽量采用三向压应力式工装模具成型方式。制荒通常情况可采用自由锻镦粗/拔长变形方式，缺点是其中部分方向金属表面处于拉应力状态，这种状态会加剧坯料在预变形后表面开裂的倾向，不利于后续成型金属的流动及组织均匀性。制荒同样也可以采用带工装模具的镦/拔变形方式，优点是不同方向上或尽可能多的金属表面处于压应力状态，从而减少坯料预变形后金属表面开裂的倾向，三向压应力式工装模具成型方式可作为坯料预变形后的辅助措施。
[0028]最后，我们按照通常的模锻工艺进行锻造，应确保每火次在临界变形量以上进行锻造，确保锻件发生充分的动态再结晶，而后按照标准三段热处理制度对锻件进行热处理。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善大型GH4698涡轮盘锻件强度、塑性及冲击性能的方法，其特征在于，包括：制荒、模锻前需对棒材增加额外的预变形，对一次碳化物进行充分破碎；对预变形后的坯料需采用三向压应力式模具工装进行制荒，得到荒形；对荒形进行多火次模锻得到涡轮盘锻件；对涡轮盘锻件进行热处理。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制荒、模锻前需对棒材增加额外的预变形，对一次碳化物进行充分破碎，具体包括：对棒材在1120～1140℃范围内加热，采用压力机等静压设备对加热后的棒材进行自由锻镦/拔交替变形，镦/拔过程单工步变形量应≥50％，但不超过70％，锻压速度为5～8mm/s，终锻温度≥985℃，变形火次不超过2火次，锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对预变形后的坯料需采用三向压应力式模具工装进行制荒，得到荒形，具体包括：对预变形后的坯料在1110...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国强，唐军，秦卫东，何敏，李军，
申请(专利权)人：陕西宏远航空锻造有限责任公司，
类型：发明
国别省市：