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GH4169合金是一種廣泛用于航空發(fā)動機(jī)零件的時(shí)效硬化型合金,該合金的成分與美國In-conel 718相近,在-253 ~700℃的溫度范圍內(nèi)具有良好的綜合性能,在高溫氧化和燃?xì)飧g條件下,能夠承受復(fù)雜應(yīng)力,并長期可靠的工作!1-3]該合金的另一特點(diǎn)是合金組織和性能對熱加工工藝非常敏感,若加工過程控制不當(dāng)會產(chǎn)生粗晶、混晶等現(xiàn)象,影響合金產(chǎn)品的疲勞性能、持久性能、缺口敏感性和沖擊韌度[4。掌握合金中相析出和溶解規(guī)律及組織與工藝、性能間的相互關(guān)系,可針對不同的使用要求制定合理、可行的工藝規(guī)程,就能獲得可滿足不同強(qiáng)度級別和使用要求的各種零件l3。隆繼金屬GH4169合金拉桿鍛件的試制工作,成功實(shí)現(xiàn)了該合金拉桿鍛件的國產(chǎn)化，總結(jié)了一套專門的工藝制造路線,后期批量化生產(chǎn)。

鍛件主要技術(shù)指標(biāo)要求

試制鍛件的原材料為美國CARPENTER公司提供的軋制棒材,尺寸規(guī)格為150 mm,鍛件直徑為95 mm。

(1)組織要求。低倍組織不應(yīng)有目視可見的疏松、針孔、裂紋、縮孔、偏析、夾雜等冶金缺陷。從鍛件試驗(yàn)件不同位置上切取試樣測定晶粒度，平均晶粒度應(yīng)為7級或更細(xì)。

(2)力學(xué)性能。鍛件的力學(xué)性能要求見表1。鍛件的成形工藝方案分析

鍛件原材料

鍛件原材料采用真空感應(yīng)＋真空自耗方法熔煉,爐號為W68849,原材料的化學(xué)成分見表2。原材料低倍組織檢查無目視冶金缺陷,原材料棒材中心晶粒度為3級,1/2R處晶粒度為3級,圓周處晶粒度為7級。

鍛造工藝

由于拉桿鍛件尺寸較大,必須選用合適的鍛造工藝參數(shù)才能生產(chǎn)出符合技術(shù)要求的鍛件。一-般情況下,合金的鍛造溫度越高,晶粒尺寸越大，反之,晶粒尺寸越小。當(dāng)鍛造加熱溫度一定時(shí),變形量越大則晶粒尺寸越小,反之晶粒越大。因此，鍛造溫度和變形量的合理控制是獲得GH4169合金細(xì)晶強(qiáng)化合金材料的關(guān)鍵工藝[6]。GH4169合金鍛造加熱溫度為1 000 ~ 1 050℃時(shí),鍛件晶粒度可控制在技術(shù)條件要求的范圍內(nèi)。合金的鍛造火次與變形量的分配對合金晶粒度影響較大,材料一火次變形量對合金晶粒度影響較大。一般不宜采用較小變形量,因?yàn)檫^小變形量會導(dǎo)致鍛件局部晶粒長大現(xiàn)象,二火次鍛造后可以獲得較細(xì)的組織[7。本次試制采用我公司10.5MN快鍛機(jī)鍛造,鍛造加熱溫度為1 020±10℃,二火次鍛造。具體方法是:從150 mm x 1 000 mm拔長至100 mm x 100 mm x 1 770 mm,以較大的一火次變形量獲得較細(xì)的均勻組織,然后鍛件四角倒棱回爐1020℃保溫50 min,出爐鍛造拔長至D95 mm×2 500 mm ,總體變形量為60% ,可以獲得滿足技術(shù)要求的組織。

拉桿鍛件的熱處理工藝

CH4169合金的主要強(qiáng)化相為"和y'相,且其數(shù)量、分布與采用的熱處理制度密切相關(guān),并對合金的力學(xué)及持久蠕變性能具有非常重要的影響。我公司采用的熱處理工藝路線如圖1和圖2。其中,固溶處理主要控制析出相的溶解,時(shí)效處理第1階段(720℃)主要控制y"'相的成核點(diǎn)數(shù)量,第2階段(620℃)主要控制y"相的長大速度,許多資料認(rèn)為采用此種熱處理制度能獲得良好的綜合力學(xué)性能。

拉桿鍛件的理化檢測結(jié)果

根據(jù)生產(chǎn)試制情況,我們對試制的鍛件在鍛件一端頭切取200 mm長試樣進(jìn)行了理化測試，檢測結(jié)果如下:

(1)低倍組織正常,未見冶金缺陷。

(2)取樣位置見圖3。鍛件晶粒度照片見圖4。按金屬平均晶粒度測試方法,檢測拉桿鍛件的晶粒度為7級,滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

通過對GH4169拉桿鍛件的成形工藝進(jìn)行分析,確定了生產(chǎn)工藝并進(jìn)行了試制。鍛件的理化檢測結(jié)果表明,所制定的成形工藝方案是可行的，CH4169拉桿*可以國產(chǎn),并滿足某型燃機(jī)的相關(guān)要求。我公司在國產(chǎn)化試制過程中,總結(jié)了一套專門的工藝制造路線,能夠生產(chǎn)出滿足力學(xué)性能和金相組織要求的鍛件。