热模锻工艺参数对GH4169合金锻件组织和力学性能的影响

ＧＨ４１６９合金锻件组织和性能对热加工工艺参数 十分敏感。生产ＧＨ４１６９锻件有三种工艺：标准工 艺、高强工艺和直接时效工艺。经直接时效工艺的 锻件强度高，综合性能好，晶粒度可达１０级以上， 多用于制造发动机的关键部件，如压气机盘、涡轮 盘等。
目前对于合金在热模锻条件下的显微组织变化 规律，工艺参数的选取及盘件组织、性能间的对应 关系缺乏相应的数据积累。本次试验的侧重点定为 坯料加热温度、模具温度及应变速率对ＧＨ４１６９合 金组织和性能的影响。从控制晶粒尺寸及８相析出 数量和形貌方面考虑始锻和终锻温度的选择；从控 制终锻温度和保证模具强度等方面来考虑模具温度 的选定。本研究建立了热模锻条件下ＧＨ４１６９合金 工艺参数与直接时效、盘件组织和性能的对应关系。 并在国内首次成功地采用热模锻工艺生产了 ＧＨ４１６９合金涡轮盘。
变形量最大处
标记
粒度／级 晶粒度／级 颗粒状８根／级 晶粒度／级 颗粒状８柜／级
１１
９５
１２—１３
１２
９５
１０ ５
２１ ７ ５—９ ５
９．５
２２ ７ ５—９ ５
１０
２ １ １—２ ２—１
１２一１３ １４
１０～１ｌ １１—１０
２ ２ １—２ ２
１．７结果分析
试验结果表明：（１）由于应变速率较低使得锻件 变形后大部分已完成回复和动态再结晶，内部位错密 度低，减轻了位错在晶界的塞积程度，因而直接时效 热模锻工艺试验件的强度富裕度不大。应变速率在
９００ ９００
２７％乃６％ ０．００３ １８％／４８％ Ｏ Ｏｌ
锻后 空冷
①１２号锻前因转料原因．实际始锻温度偏低。
１．４热处理
２ｌ号和２２号采用高强热处理工艺：９５０—９８０℃Ｘ ｌｈ／ＡＣ＋７２０℃×８ｈ／炉冷（５０℃／ｈ）一＋６２００ｃ×８ｈＡＣ； ｌｌ号和１２号采用直接时效热处理工艺：７２０℃ｘ ８ｈ／炉 冷（５０℃／ｈ）—．６２０℃ｘ８ｈ／ＡＣ处理。
１瑚 １４８５
１８
２６
１２０５ １０４０ ３２
血，％ ６４
１４７５ １２５０ １９
２６
１２１５ １０７ｌ
３２
６４
１４５０ １１９０ １９
３２
１１９２ ９８０
３０
６２
２２
１４３０ １１５０ １９
３３ Ｊ１８２ ９８５
２４
５９
技术条件 １３４５ １１００ ≥１２ ≥１５ １０８０ ９３０ ≥１２
１５
图ｌ高倩组织照片
≥１４５０
表６力学性能 Ｔａｂｌｅ ６ ＭｅｃｈⅢｔｌｉｅａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
摩温拉伸
口ｈ ２／ＭＰａ
如／％
１３００
１１
０／％ １９
ｏ－ｂ／ＭＰａ １２００
１３７０
１２
１３４０
１４
１９
１２１０
２６
ｌｌＩｌ０
１２７０
１４
１３００
１５
１３２０
１６
１２８０
１６
２３
１１８０
３６
１２００
３２
１２２５
２３
Ｆｉｇ．Ｉ Ｍａｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａｌｌｏｙ ＧＨ４１６９
口一ＩＩ号（日＝５６％／；｝一ｊ２号（Ｆ＝５１％）
ｒ２１号（Ｂ＝５６％）；ｄ—２ｌ号（８＝４８％）
热模锻工艺参数对ＧＨ４１６９告空微件组织和力学性能的影响
囤
表４高倍组织 Ｔａｂｌｅ ４ Ｍａｅｒｏｓｔｒｕｃｔｎｒｅ
原始晶
变形量最小处
标记
坯科加热 模具温度
工艺类型
温度／口ｃ
／℃
直变速率 冷却
／ｓ－１
方式
１．６显微组织
分别在变形量最小和最大部位切取金相试样 检 测结果见表４，显微组织见图１。
儿
直接
９８０
１２④ 时效工艺
９８０
９３０ ９３０
２０％／５６％ ０．０ｌ ２０％岿１％ ０ ００３
锻后 水冷
２ｌ
高强工艺 ２２
１０ｌＯ １０１０
１．５力学性能
在变形量最大部位切取检验试样，详见表２和表３。
表２经直接时效工艺台金的性能 Ｔａｂｌｅ ２ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ ａｇｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ柚０ｙ
标记
４ｂ／ＭＰａ
室温拉伸
ｄｈ ２／ＭＰａ
ａ。／％
出／％
１５８０
１４６０
１１ ６
２６
１２
１５９０
１４６５
１２ ８
２６
１５００
原始坯料晶粒度／级
中心
外径
７
８
７
８
６５
７．５
６５
７．５
热模鼹后高倍（变形量小处） 懊模锻后商倍（变形量大处）
晶粒度／级 ８相／缎
晶牡度／级
８相／级
８相形貌
８
ｌ
１２—９．５
ｌ一２
８—７
１
６
１
７ ６—７
ｌ 均为颗粒状
ｌ
８Ｓ
１
９一１２
１
图２高倍组织照片（ｘ５００）
Ｆｉｇ．２ Ｍａｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａｌｌｏｙ ＧＨ４１６９
１０一一１０～ｓ“范围内能得到合适的组织和性能，后续 工艺试验可适当提高应变速率。（２）本次工艺试验／ 因始锻温度较低使晶粒细化（如２２号与１１号、２ｌ号 与１２号、１１号与１２号相比）。从持久、蠕变性能考 虑，在满足组织要求情况下可适当提高始锻温度。
２第二次工艺试验
根据第一次直接时效工艺试验研究及分析讨论的 结果．对坯料的加热温度、应变速率作进一步研究， 以优化直接时效工艺参数。采用咖１６０ｍｍ×８０ｍｍ坯料 进行热模锻，热加工工艺参数见表５。
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｏｔ ｄｉｅ ｆｏ哂ｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ∞ｆｏｆｇｉ咿’ｓｔａｒｕｅｔｔＬｍ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆ（；８４１６９ ａｌｌｏｙ．Ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ ｈｅａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉ ｆｒｏｍ ９９０＇Ｅ ｔｏ １０２０。Ｃ。ｄｉｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ｆｒｏｍ ９０＆Ｃ ｔｏ ９３０ｑｃ ａｎｄ ｓｔｒａｉⅡｒａｔｅ ｆｒｏｍ ０．００１ｓ～ｔｏ ０ ０５ｓ～．ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｇｅｄ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ＧＨ４１６９ ａｌｌｏｙ ｈｏｔ ｄｉｅ ｆｏｒｇｉｎｇ ｄｉｓｋｓ ｍａｙ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ａｅｅｅｐｔｓｈｌｅ ｓｈａｕｅｔｕｒｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ＧＨ４１６９，ｈｏｔ ｄｉｅ ｆｏ哂ｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
６５０。Ｃ，７００ＭＰａ光滑缺口组合持久 ｒ／ｈ
∥％
５９５℃，８２５ＭＰａ蠕变
２５ｈ后残余伸长／％
５０ｈ后残余伸长／％
５２ ５ｈ后．增４攻断于光滑处
２７
０．１
０３
４７ ６ｈ后，增４次断于光滑处
２６
０１
ｎ２
囤
标记 ４．１．２ ４．１０ ４．１＿４
技术条件
第１篇变形高温舍金
６５０℃，７００ＭＰａ光滑缺口持久 ｒ／ｈ
试块热处理制度：（７２０±１０）ｑｃ×８ｈ／炉冷（５５± １５）℃／ｈ到（６２０±１０）℃×８ｈ／分散空冷。机械性能见 表６和表７。分别在变形量最小、最大部位切取高倍试 样，检测结果详见表８，高倍组织照片见图２。
标记
４—１＿２ ４—１０
３＂／％／６０％ ７％门０％ ２０％／３３％ ２５％／６７％
表５热加工工艺参数
１．３热模锻
将１号和２号试样均分为两块，分别标记１１号、 １２号；２ｌ号、２２号。按表１工艺参数分别在６３ＭＮ油 压机上进行热模锻成形。
●叶俊青（１９７３一）．男，大学车科，工程师，Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｅｃｈｎｉｃａｌ＠ａｎｄａｆｏｒ垂ｎｇ．ｃｏｒｎ
囵
第１篇变形高温舍金
衰１工艺参数 Ｔａｂｌｅ １ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
热模锻工艺参鼓对ＣＨ４１６９合空锻件组织和力学性能的影响
固
热模锻工艺参数对ＧＨ４１６９合金锻件 组织和力学性能的影响
叶俊青。张华魏志坚刘峰
（贵州安大航空锻造责任有限公司技术中心，贵州 安顺５６１００５）
摘要本文研究了不同热模锻工艺参数对ＧＨ４１６９台金锻件组织性能的影响。试验表明坯料加热温度选取９９０一 １０２０。Ｃ、模具温度选取９００一９３０ｑＣ、应变速率选取０ ００１—０．０５ｓ。１左右均能得到组织性能合格的直接时效、高强
ＧＨ４１６９合金热模锻盘件。
关键词ＧＨ４１６９．热模锻工艺
。
Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｈｏｔ Ｄｉｅ Ｆｏｒｇｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ Ｆｏｒｇｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ａｌｌｏｙ ＧＨ４１６９
Ｙｅ ＪｕｎｑｉｎｇＯ Ｚｈａｎｇ Ｈｕａ Ｗｅｉ Ｚｈｉｊｉａｎ Ｌｉｕ Ｆｅｎｇ （Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｇｕｉｚｈｏｕ Ａｎｄａ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｆｏｒｇｉｎｇ‰，Ｌｔｄ．，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ａｎｓｈｕｎ ５６１００５．Ｃｈｉｎａ）
１第一次工艺试验
１．１试验用料
炉号：７０８Ｈ；铸锭规格为担５０ｒａｒｎ、晶粒度７级、 ８相１级。
。
１．２制坯
切取２块试样，分别标记为１号和２号，坯料加热 温度１０００—１０３０。Ｃ，在１２．５ＭＮ水压机上经大变形量 镦粗得到相应坯料，ｌ号晶粒度为９．５级，８相２级；２ 号晶粒度为７．５—９．５级，８相１级。
５６ ７ｈ后．增３次断于光滑处 ５４．３ｈ后．增３次断于光滑处 舯．３ｈ后．增５次断于光滑处 ８８ ２ｈ后．增７次断于光滑址 ７８ ３ｈ后．增５次断于光滑处 ７７ ８ｈ后．增５次断于光滑处
≥２５
出‘％ ２８ ４４ ３２ ３２ ４２ ２７ ≥５
续表７
５９５℃．８２５ＭＰａ蠕变
Hale Waihona Puke Baidu
２５ｈ后残余伸长／％
５０ｈ后残余伸长／％
１３３０
１６
３０
ｌｌ
１４９０
１３２０
１３
２３
技术条件
≥１４５０
≥１２４０
≥１０
≥１６
表３经高强工艺合金的性能 Ｔａｂｌｅ ３ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｈｉ曲ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｌｌｏｙ
室温拉仲
６５０℃拉伸
标记 ２】
口ｂ
口ｈ ２
如
／ＭＰａ ／ＭＰａ ／％
口ｂ
∥％
ｏ＂ｏ ２
岛
／ＭＰＢ ／ＭＰａ ／％
０ ０３ ０ ０６ ≤０ ２
０ ０５ Ｏ２ 实测
标记
４．１．１ ４．１．２ ４．１．３ ４一ｌ一４
８一，８ｍⅡ
３７％／６０％ ７％／３０％ ２３％月６％ ２５％／６８％
应变速率
／Ｂ—Ｉ ０ ００３ ０．００３ ０．００３ Ｏ ０５
裹８检测结果 Ｔａｂｌｅ ８ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ
口一４—１—１；６—４·１－２；Ｐ４·１－３；ｄ一４－１·４
热模镁工艺参数对ＧＨ４１６９舍金锻件组织和力学性能的影响
囤
３结果分析
从试验结果来看，适当提高坯料加热温度至９９０— １０２０℃，变形量≥５０％时，应变速率在１０～一５ Ｘ １０‘２ Ｂ。１之间，坯料原始晶粒即使在７级．热模锻后均能得 到合适的组织性能；而变形量过小，虽然性能能满足 要求但晶粒难以细化，达不到ｌＯ级要求。
４结论
（１）在油压机热模锻热加工工艺条件下，模具温
度选取９００—９３０℃，坯料温度选取９９０—１０２０℃，应变 速率选取０．００１—０．０５ｓ。１左右均能得到组织与性能合 格的直接时效工艺和高强工艺的ＧＨ４１６９合金热模锻盘 件；
（２）坯料晶粒度大于或等于７级以上。经一定 的大变形量条件下的热模锻后，能获得１０级以上的 晶粒度；而相反，在小变形量条件下进行热模锻 时，晶粒相应粗化，这与普通模锻的规律大体相 同。
１２１０
１２６０ ≥１２４０
１４ ≥１０
１９ ≥１６
１２３０ 》１１７０
６５０℃拉伸
ｏｎ ２／ＭＰａ
如／％
１０８５
２ｌ
１１００
２７
１０５０
１９
１０４０
２７
１０９０
３０
１１１０
２７
１０６０
２７
１０６５
２６
≥１０００
≥１２
∥％
５９ ６１ ５４ ４５ ６４ ５９ ４５ ５４ ≥１５
标记
４—１—１
表７力学性能 Ｔａｂｌｅ ７ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
Ｔａｂｌｅ ５ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｎｔｅｔｅｒ｜
应变速率／Ｂ一 ０ ００３ ０ ００３ ０ ００３ ０ ０５
坯料加热／℃ ９９０ １０１０
模其温度／℃ ９３０ ９３０
冷却方式 锻后水冷
标记
４—１．１ ４．１＿２ ４．１０ ４Ｊ一４
技术条件
ｏ－ｂ／ＭＰａ １４９０ １５３０ １５００ １４７０ １４９０ １５２０ １４６０ １４６０