專利名稱：變形高溫合金低倍粗晶粒的預(yù)防方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于變形高溫合金領(lǐng)域，特別是可以保證低倍粗晶不合格的熱變形工件達(dá)到合格水平(單個(gè)低倍晶粒＜1.0mm)的變形高溫合金低倍粗晶粒的預(yù)防方法，適用于航空、航天發(fā)動機(jī)、民用耐高溫部件的制作。
背景技術(shù)：
變形高溫合金，用作航空、航天發(fā)動機(jī)、民用耐高溫部件。變形高溫合金以鐵、鎳、鈷為基體金屬，能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長期工作的一類金屬材料。高溫合金具有較高的高溫強(qiáng)度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性、塑性等綜合性能。高溫合金為單一奧氏體基體組織，在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用的可靠性。
變形高溫合金制件的低倍粗晶是一種嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷，它不僅嚴(yán)重降低合金的機(jī)械性能，嚴(yán)重降低零、部件的使用壽命，也是不可預(yù)料事故的原因之一。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對變形高溫合金的低倍粗晶粒尺寸有嚴(yán)格要求(單個(gè)低倍晶?！?.5mm)，一旦超過標(biāo)準(zhǔn)尺寸，材料必須報(bào)廢。變形高溫合金產(chǎn)生低倍粗晶是很復(fù)雜的技術(shù)難題，也是高溫合金制件報(bào)廢比例最大的一種塑性變形缺陷。
變形高溫合金的低倍粗晶傾向性是不同的，有些高溫合金，使用現(xiàn)有變形工藝，事實(shí)上不產(chǎn)生低倍粗晶；有些高溫合金的低倍粗晶傾向很嚴(yán)重，使用現(xiàn)行生產(chǎn)工藝很容易產(chǎn)生嚴(yán)重低倍粗晶，例如GH36、GH4133、GH4698、GH4617合金等。經(jīng)過數(shù)十年的研究與實(shí)踐指出，使用現(xiàn)有工藝進(jìn)行變形的變形高溫合金低倍粗晶有三種類型第一，各類變形高溫合金大鍛件(＞1000×300mm)，因變形量差異，在累計(jì)小變形區(qū)產(chǎn)生的殘余鑄造組織。它是變形工件內(nèi)的不完全再結(jié)晶區(qū)域；第二，工件有效累計(jì)變形未超過合金臨界變形(＜10％)的區(qū)域，仍保留變形加熱的大晶粒；第三，合金集聚大變形(ε＞60％)區(qū)產(chǎn)生的大尺寸再結(jié)晶晶粒(＞1.5mm)。
現(xiàn)有生產(chǎn)工藝不能有效預(yù)防變形高溫合金低倍粗晶的主要原因是由于目前國內(nèi)使用的高溫變形設(shè)備是普通壓力機(jī)和鍛錘，不能對變形溫度范圍、變形量和變形速度進(jìn)行有效控制，而這三個(gè)參數(shù)對預(yù)防低倍粗晶是非常重要的；鍛造變形只考慮鍛件形狀和尺寸要求，并不考慮鍛件具體部位的變形對低倍粗晶的影響；鍛造加熱溫度一般選用手冊數(shù)據(jù)，至多考慮合金的變形抗力和塑性值，并不考慮對低倍粗晶的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可克服以上技術(shù)的不足，可使鍛件低倍粗晶粒達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的變形高溫合金低倍粗晶粒的預(yù)防方法。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是該變形高溫合金低倍粗晶粒的預(yù)防方法，其特征在于它有兩套措施，第一套是鍛造工藝預(yù)防低倍粗晶措施，第二套是預(yù)備熱處理預(yù)防低倍粗晶措施，當(dāng)使用第一套措施不能完全奏效或產(chǎn)生意外時(shí)，采用第二套措施。本發(fā)明還通過如下措施實(shí)施按照變形高溫合金低倍粗晶的三種類型，本發(fā)明所述的鍛造工藝預(yù)防措施為(1)在預(yù)防高溫合金大鍛件的殘余鑄造組織和小變形區(qū)低倍粗晶時(shí)，其要點(diǎn)是a嚴(yán)格掌握單火次的有效變形量大于鍛件最小變形部位產(chǎn)生再結(jié)晶的變形量變形高溫合金大鍛件(＞Φ1000×300mm)的殘余鑄造組織和一般鍛件小變形區(qū)產(chǎn)生低倍粗晶并不決定于總鍛壓比，而是決定于單火次的有效變形量。也就是說，單火次的有效變形量必須大于鍛件最小變形部位產(chǎn)生再結(jié)晶的變形量。(大鍛件最小變形部位產(chǎn)生再結(jié)晶的變形量ε＝10％)。
b具體方法是采用DEFORM2D商業(yè)模擬軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬其作法是按DEFORM2D軟件要求，輸入原材料和鍛件的形狀、尺寸，輸入材料的各項(xiàng)性能參數(shù)，確定高溫合金鍛件最小變形部位的變形量ε＞10％的鍛壓設(shè)備和鍛造方法。
(2)在預(yù)防鍛件劇烈變形部位低倍粗晶時(shí)，必須嚴(yán)格掌握鍛造加熱溫度低于1160℃。
尤其是變形高溫合金的模鍛變形，局部劇烈變形是不可避免的。因此，這類低倍粗晶的預(yù)防措施是非常重要的。每一種變形高溫合金，都有一個(gè)鍛造加熱溫度坎，一般是1160℃。鍛造加熱超過這個(gè)溫度，鍛造劇烈變形部位(ε＞60％)就要產(chǎn)生低倍粗晶；鍛造加熱低于這個(gè)溫度，劇烈變形部位不僅不產(chǎn)生低倍粗晶，而且低倍晶粒非常細(xì)小。所以，鍛件劇烈變形部位低倍粗晶預(yù)防工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是鍛造加熱溫度低于1160℃；所述的預(yù)備熱處理預(yù)防低倍粗晶措施主要是對沒有進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)熱處理的鍛造工件進(jìn)行超高溫、超短時(shí)預(yù)加熱后空冷，一般地說，超高溫加熱溫度超過現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)熱處理固溶加熱溫度30～40℃，本發(fā)明例舉的高溫合金一般采用1120～1220℃，預(yù)加熱時(shí)間為5～30min，冷卻方式為空冷。
預(yù)備熱處理預(yù)防低倍粗晶工藝要求很嚴(yán)格，還要增加鍛件制造成本，因此，只有在標(biāo)準(zhǔn)熱處理后，低倍粗晶報(bào)廢比率較大的情況下，方可使用。
執(zhí)行這個(gè)工藝有兩個(gè)最大難點(diǎn)第一，超高溫預(yù)熱時(shí)間只有5～30min，鍛件根本不可能達(dá)到均熱，也不可能達(dá)到預(yù)防低倍粗晶效果；第二，增加超高溫預(yù)熱后，部分合金機(jī)械性能發(fā)生變化，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。解決第一個(gè)難題的工藝措施是在進(jìn)行實(shí)際鍛件預(yù)備熱處理時(shí)，采取快速升溫方式直接升溫到預(yù)備熱處理溫度，根據(jù)不同材質(zhì)，升溫速度采用9～15℃/h·mm。解決第二個(gè)難題的工藝措施是對GH36合金不用采取額外措施，對GH4133、GH4698合金鍛件，在預(yù)備熱處理后，應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)熱處理固溶加熱后空冷改為水冷。
本發(fā)明的有益效果在于與目前使用的工藝方法相比，采用本發(fā)明制定的生產(chǎn)工藝可以使變形高溫合金制件的低倍粗晶達(dá)到合格水平，而且無需專用設(shè)備投資，不提高生產(chǎn)成本，可廣泛用于普通高溫合金的液壓和錘鍛變形。
具體實(shí)施例實(shí)施例1某飛機(jī)發(fā)動機(jī)GH36合金一級渦輪盤和承力環(huán)模鍛件，生產(chǎn)近30年來，低倍粗晶廢品率平均＞10％，采用本發(fā)明的第一套鍛造工藝預(yù)防低倍粗晶措施，即用DEFORM2D商業(yè)模擬軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，輸入材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)，確定高溫合金鍛件最小變形部位的變形量ε＝10％，控制單火次的有效變形量大于鍛件最小變形部位產(chǎn)生再結(jié)晶的變形量ε＞10％，生產(chǎn)出的產(chǎn)品經(jīng)測定，低倍粗晶廢品率接近于0％。
實(shí)施例2某飛機(jī)發(fā)動機(jī)GH4133A發(fā)動機(jī)渦輪模鍛件，在生產(chǎn)中曾產(chǎn)生大比例低倍粗晶報(bào)廢件，在試制精化模鍛件時(shí)，也產(chǎn)生過嚴(yán)重低倍粗晶。采用本發(fā)明的鍛造工藝預(yù)防低倍粗晶措施，其步驟同實(shí)施例1，在經(jīng)預(yù)備熱處理預(yù)防措施后，再對沒有進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)熱處理的鍛造工件進(jìn)行超高溫、超短時(shí)預(yù)加熱后空冷，超高溫加熱溫度超過現(xiàn)行熱處理固溶加熱溫度1120-1220的30-40℃，預(yù)熱25min，進(jìn)行空冷，使模鍛件低倍粗晶完全杜絕。
實(shí)施例3在以往試制某飛機(jī)發(fā)動機(jī)GH698合金渦輪模鍛件的時(shí)候(沒有正式生產(chǎn))，或目前正在試制的GH698合金艦用渦輪模鍛件的時(shí)候，都不同程度地產(chǎn)生低倍粗晶。采用本發(fā)明中同實(shí)施例2的工藝，只是在預(yù)備熱處理工藝中，將空冷改為水冷，使低倍粗晶完全達(dá)到合格水平。
權(quán)利要求
1.一種變形高溫合金低倍粗晶粒的預(yù)防方法，其特征在于它有兩套措施，第一套是鍛造工藝預(yù)防低倍粗晶措施，第二套是預(yù)備熱處理預(yù)防低倍粗晶措施，當(dāng)使用第一套措施不能完全奏效或產(chǎn)生意外時(shí)，采用第二套措施。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變形高溫合金低倍粗晶粒的預(yù)防方法，其特征在于按照變形高溫合金低倍粗晶的三種類型，所述的鍛造工藝預(yù)防低倍粗晶措施為(1)在預(yù)防高溫合金大鍛件的殘余鑄造組織和小變形區(qū)低倍粗晶時(shí)，其要點(diǎn)是a嚴(yán)格掌握單火次的有效變形量大于鍛件最小變形部位產(chǎn)生再結(jié)晶的變形量。(大鍛件最小變形部位產(chǎn)生再結(jié)晶的變形量ε＝10％)b具體方法是采用DEFORM2D商業(yè)模擬軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬其作法是按DEFORM2D軟件要求，輸入原材料和鍛件的形狀、尺寸，輸入材料的各項(xiàng)性能參數(shù)，確定高溫合金鍛件最小變形部位的變形量ε＞10％的鍛壓設(shè)備和鍛壓方法。(2)在預(yù)防鍛件劇烈變形部位低倍粗晶時(shí)，必須嚴(yán)格掌握鍛造加熱溫度低于1160℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變形高溫合金低倍粗晶粒的預(yù)防方法，其特征在于預(yù)備熱處理預(yù)防低倍粗晶措施，主要是對沒有進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)熱處理的鍛造工件進(jìn)行超高溫、超短時(shí)預(yù)加熱后空冷，一般地說，超高溫加熱溫度超過現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)熱處理固溶加熱溫度30～40℃，預(yù)加熱時(shí)間為5～30min，冷卻方式為空冷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的變形高溫合金低倍粗晶粒的預(yù)防方法，其特征在于在進(jìn)行實(shí)際鍛件預(yù)備熱處理時(shí)，采取快速升溫方式直接升溫到預(yù)備熱處理溫度，根據(jù)不同材質(zhì)，升溫速度采用9～15℃/h·mm；對GH36合金不用采取額外措施，對GH4133、GH4698合金鍛件，在預(yù)備熱處理后，應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)熱處理固溶加熱后空冷改為水冷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變形高溫合金低倍粗晶粒的預(yù)防方法，它包括兩套措施，第一套是鍛造工藝預(yù)防措施，主要是用DEFORM2D商業(yè)模擬軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，確定高溫合金鍛件最小變形部位的變形量，并嚴(yán)格控制單火次有效變形部位產(chǎn)生再結(jié)晶的變形量。第二套是預(yù)備熱處理預(yù)防措施，主要是嚴(yán)格掌握鍛造加熱溫度低于1160℃，當(dāng)使用第一套措施不能完全奏效或產(chǎn)生意外時(shí)，采用第二套措施。采用本發(fā)明制定的生產(chǎn)工藝可以使變形高溫合金制件的低倍粗晶達(dá)到合格水平，而且無需專用設(shè)備投資，不提高生產(chǎn)成本，可廣泛用于普通高溫合金的液壓和錘鍛變形。
文檔編號C22C38/00GK1804056SQ20051004232
公開日2006年7月19日 申請日期2005年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月12日
發(fā)明者高振民, 陳培敦, 呂學(xué)星, 劉公安, 曹旭東, 劉祥銀, 谷國華, 李鋒, 王振國, 王俊海, 王宏霞, 徐莉莉 申請人:山東泰山鋼鐵有限公司