GH4099合金大棒材炸裂原因探究
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参 考 文 献
温度低于或等于 ８ ５ ０ ｏ Ｃ时 ， 析 出相
直 径 小 于其
被 切 割 过 渡 到被 绕 过 的 临 界 尺 寸 ， 而９ ０ ０℃ 或 ９ ０ ０ ｏ Ｃ以 上 ，＾ ｙ 析 出 相 大 于 这 个 临 界 尺 寸 。
ＧＨ ４ ０ ９ ９合 金 大 棒 材 在 锻 造 后 采 用 空 冷 ， 心部 到 表
［ １ １ Ｄｅ ｒ ｅ ｋ Ｈｕ ｌ ｌ 著． 断 口形 貌学 【 Ｍ】 ． 李晓 刚 、 董超 芳 、 杜 翠薇 高瑾 、 卢琳译 ． 北京 ： 科 学出版社 ， ２ ０ ０ ９ ［ ２ 】 郭建亭著． 高温合金材料学【 Ｍ】 ． 北京 ： 科 学 出版社 ， ２ ０ ０ ９
面 的 温差 较 大 ， 表 面析 出弥 散 细小 的
整个锻造过程 中， 表面有效应力应变最大 ， 越
往心部 ， 有 效 应力 应 变 减 小 。应 力 应 变 叠 加 后 ， 最 后 棒 材 心 部 与 表 面 应 力 应 变 差 很 大 。 径 向锻 造 本 身 决 定 棒 材 表 面 受拉 应 力 ， 心部受压应力 ， 坯 料 锻 造 接 受 后 在 表 面 产 生 了 沿轴 向 ４ ５ 。 左 右 的横 向小
一 ：
锻造及后续冷却过程中由于残余应力释放扩展 ， 最 终造 成 棒材纵 向炸裂 。
工艺改进措施 ： 在锻造后 ， 采 用 缓 慢 的冷 却 速
模 拟 过 程 中 未考 虑 钢 锭 与 外 界 的温 差 ， 钢 锭 表
面 的热 量 散 失 引起 的降 温 。第 二 ： 实际生产 中， 由 于坯 料 塑性 较 差 ， 生 产 过 程 中有 停 顿 ， 每 道 次 时 间 比模 拟 时 间 更 长 。但 总 体 温 度 变 化趋 势 与 实 际 还
， 棒 材 心
（ 上转第 ６ ３ 页） 供应商成分 的对 比， 偏差警戒值设 置为 １ ． ５ ， 批 号为 １ １ ２ ０ １ ３ ０ ６ ０ １ ３的 对 比 偏 差 达 到 了一 １ ． ５ ９ ， 超 出了 １ ． ５ 的偏差警戒值 ， 就以红色显示该
行 的信 息 。 第 三 方合 金 验 收 监 督 小 组 根 据 系 统 报 警， 立 即对 该 批 号 的合 金 进 行 封 存 并 取 样 送 检 ， 同 时 合 金 验 收 部 门也 按 正 常 程 序 对 该 批 号 合 金 进 行 重新 检测 ， 直 至查 明原 因 ， 问题得 到解 决 为止 。
（ ２ ） 裂 纹 源在 快锻 开坯 过 程 中在 钢锭 心 部 沿 晶 界萌生 ， 径 向锻造及冷却过程 中裂纹延 伸 ， 残余应
力释 放导 致棒 材 炸裂 。 （ ３ ）通过 工艺 改 进 措 施 ： 在 锻造 前 钢 锭 进 行 均
成 。由于棒材从心部到表面温度梯度较大 ， 变形 的
一
部析 出细 小 和大 尺 寸 的
， 造成 心 部 和 表 面变 形
抗力 相 差 较大 ， 加 之 棒 材表 面 和 心部 的等 效应 力 应
变相差也大 ， 这样棒材残余应力极大 （ 由于 条 件 有
限， 无法 对残余应力进行测算 ） 。棒材在修磨过程 中， 残余应力释放 ， 心部裂纹扩展 ， 从而整支棒材沿 纵 向炸裂 。
・
４ ６・
特钢 技术
第２ Ｏ 卷第１ 期
很长 ， 坯料表面温度降的太快 ， 心 部 与 表 面温 差 达 ２ ０ ０ ｏ Ｃ。 而 且 表 面 温 度 低 于 Ｇ Ｈ４ ０ ９ ９合 金 强 化 相 ＾ ｙ 的 析 出温 度 ， 导致 坯 料 表 面 塑性 降低 ， 坯 料 心 部 与表 面 的 变形 抗 力 相 差 较 大wk.baidu.com。在 第 一 道 次 前 有
是相 接 近 。
度冷 却 ， 或是 增加 一次 去应 力退 火工 艺 。
２ ． ５ 工艺 改进 后的效 果
工 艺 改进 后 ， 攀 长 钢 公 司 共 生 产 了 两 炉 Ｇ Ｈ４ ０ ９ ９合 金 西３ ５ ０ ｍｍ 棒 材 ， 炉 号 分 别 为 ：
Ｔ １ ３ Ａ１ ４ — １ ２ ０和 Ｔ １ ３ Ａ１ ４ — １ ３ ５ ， 该 两 炉 棒 材 各 项 性 能
综上所述 ， 裂纹萌生于快锻开坯过程 ， 在 径 向
个 滚 圆过 程 ， 该 阶 段 主 要 是 坯料 修 磨 坑较 深 ， 对
表面进行整形 ， 坯料变形量极小 ， 对 整 个 模 拟 过 程 影 响不 大 ， 因此 未对该 过 程进行 说 明及模 拟 。 在 整 个 模 拟 过 程 中表 面 温 度 与 实 际生 产 测 量 温度 偏 差 较大 ， 这 可 能 是 由两 方 面原 因引起 的 。第
根源 。
坯 料 在 锻 造 过 程 中 心 部 温 度 均 高 于 强 化 相
的析出温度 ， 而且 心 部 变形 量 极 小 ， 在 这 过 程
中心 部 不 会 产 生 裂 纹 ， 结合前面的纹裂源分析 ， 可 以断 定 裂 纹 在 压 机 开 坯 过 程 中在 钢 锭 心 部 已经 形
不 均匀 性导 致在 径 向锻造 过程 中裂 纹延 生 。
沉 淀 强 化型 高 温合 金 的强 化 机 制有 ： Ｏ ｒ ｏ ｗ ａ ｎ 绕
过 和位 错 切 割有 序 颗 粒 机 制 Ｇ Ｈ ４ ０ ９ ９ 合金 ， 当 时效
匀化处理 ， 减 少 成 分偏 析 ； 锻 造 后 棒 材 采 用 缓 冷 处 理， Ｇ Ｈ ４ ０ ９ ９ 合 金 大棒 材炸 裂 问题到 有效 解决 。
裂纹 。
指 标均 能满 足标 准要 求 ， 成 品棒材探 伤 达到 Ｇ Ｂ ／
Ｔ ４ １ ６ ２ Ａ 一 ２ ０ ０ ８ Ａ 级要求 ， 说明改进工艺合理可行。
３ 结 论
（ １ ） Ｇ Ｈ４ ０ ９ ９ 合 金 成 分偏 析 ， 低熔点元素 Ａ １ 、 Ｓ 、 Ｓ ｉ 、 Ｏ在 晶界 处 偏 聚 ， 形成低熔点相 ， 是 裂 纹 产 生 的
温度低于或等于 ８ ５ ０ ｏ Ｃ时 ， 析 出相
直 径 小 于其
被 切 割 过 渡 到被 绕 过 的 临 界 尺 寸 ， 而９ ０ ０℃ 或 ９ ０ ０ ｏ Ｃ以 上 ，＾ ｙ 析 出 相 大 于 这 个 临 界 尺 寸 。
ＧＨ ４ ０ ９ ９合 金 大 棒 材 在 锻 造 后 采 用 空 冷 ， 心部 到 表
［ １ １ Ｄｅ ｒ ｅ ｋ Ｈｕ ｌ ｌ 著． 断 口形 貌学 【 Ｍ】 ． 李晓 刚 、 董超 芳 、 杜 翠薇 高瑾 、 卢琳译 ． 北京 ： 科 学出版社 ， ２ ０ ０ ９ ［ ２ 】 郭建亭著． 高温合金材料学【 Ｍ】 ． 北京 ： 科 学 出版社 ， ２ ０ ０ ９
面 的 温差 较 大 ， 表 面析 出弥 散 细小 的
整个锻造过程 中， 表面有效应力应变最大 ， 越
往心部 ， 有 效 应力 应 变 减 小 。应 力 应 变 叠 加 后 ， 最 后 棒 材 心 部 与 表 面 应 力 应 变 差 很 大 。 径 向锻 造 本 身 决 定 棒 材 表 面 受拉 应 力 ， 心部受压应力 ， 坯 料 锻 造 接 受 后 在 表 面 产 生 了 沿轴 向 ４ ５ 。 左 右 的横 向小
一 ：
锻造及后续冷却过程中由于残余应力释放扩展 ， 最 终造 成 棒材纵 向炸裂 。
工艺改进措施 ： 在锻造后 ， 采 用 缓 慢 的冷 却 速
模 拟 过 程 中 未考 虑 钢 锭 与 外 界 的温 差 ， 钢 锭 表
面 的热 量 散 失 引起 的降 温 。第 二 ： 实际生产 中， 由 于坯 料 塑性 较 差 ， 生 产 过 程 中有 停 顿 ， 每 道 次 时 间 比模 拟 时 间 更 长 。但 总 体 温 度 变 化趋 势 与 实 际 还
， 棒 材 心
（ 上转第 ６ ３ 页） 供应商成分 的对 比， 偏差警戒值设 置为 １ ． ５ ， 批 号为 １ １ ２ ０ １ ３ ０ ６ ０ １ ３的 对 比 偏 差 达 到 了一 １ ． ５ ９ ， 超 出了 １ ． ５ 的偏差警戒值 ， 就以红色显示该
行 的信 息 。 第 三 方合 金 验 收 监 督 小 组 根 据 系 统 报 警， 立 即对 该 批 号 的合 金 进 行 封 存 并 取 样 送 检 ， 同 时 合 金 验 收 部 门也 按 正 常 程 序 对 该 批 号 合 金 进 行 重新 检测 ， 直 至查 明原 因 ， 问题得 到解 决 为止 。
（ ２ ） 裂 纹 源在 快锻 开坯 过 程 中在 钢锭 心 部 沿 晶 界萌生 ， 径 向锻造及冷却过程 中裂纹延 伸 ， 残余应
力释 放导 致棒 材 炸裂 。 （ ３ ）通过 工艺 改 进 措 施 ： 在 锻造 前 钢 锭 进 行 均
成 。由于棒材从心部到表面温度梯度较大 ， 变形 的
一
部析 出细 小 和大 尺 寸 的
， 造成 心 部 和 表 面变 形
抗力 相 差 较大 ， 加 之 棒 材表 面 和 心部 的等 效应 力 应
变相差也大 ， 这样棒材残余应力极大 （ 由于 条 件 有
限， 无法 对残余应力进行测算 ） 。棒材在修磨过程 中， 残余应力释放 ， 心部裂纹扩展 ， 从而整支棒材沿 纵 向炸裂 。
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４ ６・
特钢 技术
第２ Ｏ 卷第１ 期
很长 ， 坯料表面温度降的太快 ， 心 部 与 表 面温 差 达 ２ ０ ０ ｏ Ｃ。 而 且 表 面 温 度 低 于 Ｇ Ｈ４ ０ ９ ９合 金 强 化 相 ＾ ｙ 的 析 出温 度 ， 导致 坯 料 表 面 塑性 降低 ， 坯 料 心 部 与表 面 的 变形 抗 力 相 差 较 大wk.baidu.com。在 第 一 道 次 前 有
是相 接 近 。
度冷 却 ， 或是 增加 一次 去应 力退 火工 艺 。
２ ． ５ 工艺 改进 后的效 果
工 艺 改进 后 ， 攀 长 钢 公 司 共 生 产 了 两 炉 Ｇ Ｈ４ ０ ９ ９合 金 西３ ５ ０ ｍｍ 棒 材 ， 炉 号 分 别 为 ：
Ｔ １ ３ Ａ１ ４ — １ ２ ０和 Ｔ １ ３ Ａ１ ４ — １ ３ ５ ， 该 两 炉 棒 材 各 项 性 能
综上所述 ， 裂纹萌生于快锻开坯过程 ， 在 径 向
个 滚 圆过 程 ， 该 阶 段 主 要 是 坯料 修 磨 坑较 深 ， 对
表面进行整形 ， 坯料变形量极小 ， 对 整 个 模 拟 过 程 影 响不 大 ， 因此 未对该 过 程进行 说 明及模 拟 。 在 整 个 模 拟 过 程 中表 面 温 度 与 实 际生 产 测 量 温度 偏 差 较大 ， 这 可 能 是 由两 方 面原 因引起 的 。第
根源 。
坯 料 在 锻 造 过 程 中 心 部 温 度 均 高 于 强 化 相
的析出温度 ， 而且 心 部 变形 量 极 小 ， 在 这 过 程
中心 部 不 会 产 生 裂 纹 ， 结合前面的纹裂源分析 ， 可 以断 定 裂 纹 在 压 机 开 坯 过 程 中在 钢 锭 心 部 已经 形
不 均匀 性导 致在 径 向锻造 过程 中裂 纹延 生 。
沉 淀 强 化型 高 温合 金 的强 化 机 制有 ： Ｏ ｒ ｏ ｗ ａ ｎ 绕
过 和位 错 切 割有 序 颗 粒 机 制 Ｇ Ｈ ４ ０ ９ ９ 合金 ， 当 时效
匀化处理 ， 减 少 成 分偏 析 ； 锻 造 后 棒 材 采 用 缓 冷 处 理， Ｇ Ｈ ４ ０ ９ ９ 合 金 大棒 材炸 裂 问题到 有效 解决 。
裂纹 。
指 标均 能满 足标 准要 求 ， 成 品棒材探 伤 达到 Ｇ Ｂ ／
Ｔ ４ １ ６ ２ Ａ 一 ２ ０ ０ ８ Ａ 级要求 ， 说明改进工艺合理可行。
３ 结 论
（ １ ） Ｇ Ｈ４ ０ ９ ９ 合 金 成 分偏 析 ， 低熔点元素 Ａ １ 、 Ｓ 、 Ｓ ｉ 、 Ｏ在 晶界 处 偏 聚 ， 形成低熔点相 ， 是 裂 纹 产 生 的