本發(fā)明屬于高溫合金的熱加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種改善GH4698盤鍛件組織及高溫光滑疲勞性能的方法。
背景技術(shù)：
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GH4698是以鋁、鈦、鉬、鈮等元素強(qiáng)化的鎳基高溫合金，是在GH4033合金基礎(chǔ)上補(bǔ)充合金化發(fā)展而成的，在500～800℃范圍內(nèi)具有高的持久性能和良好的綜合性能。該合金廣泛用于制造航空發(fā)動機(jī)的渦輪盤、壓氣機(jī)盤、導(dǎo)流片、承力環(huán)等重要承力零件。工作溫度可達(dá)750～800℃。
航空發(fā)動機(jī)用GH4698產(chǎn)品所有加熱工序的制定應(yīng)遵循GH4698材料在加熱時的組織變化特點(diǎn)；同時所有變形工序的制定也應(yīng)充分了解名義變形量與各區(qū)域真實(shí)變形量之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。否則會導(dǎo)致GH4698盤鍛件出現(xiàn)諸如組織不均、晶粒粗大、動態(tài)再結(jié)晶晶粒減少、切變孿晶晶粒增多等現(xiàn)象。
加熱臺階溫度的設(shè)定應(yīng)根據(jù)GH4698材料在加熱時的組織變化特點(diǎn)：原始棒材組織為單相γ基體+少量初生碳化物及硼化物；棒材在980～1010℃之間加熱保溫一定時間，主要析出大尺寸的γ＇強(qiáng)化相(主要彌散于奧氏體基體內(nèi)部和晶界)，1000℃為析出鋒；隨加熱時間增加，析出數(shù)量增加，晶粒及晶界強(qiáng)化效果加強(qiáng)，晶粒長大的限制同時加強(qiáng)，晶粒生長速率減慢；棒材在1020℃以上溫度長時間加熱，各種強(qiáng)化相均溶解，為單相γ組織；此時晶粒生長限制減弱，生長速率加快。因此，設(shè)定的加熱臺階應(yīng)為“800℃預(yù)熱保溫、再升至990～1000℃預(yù)熱保溫、最后升至高溫區(qū)1100～1120℃保溫”。大量鍛造工藝主要考慮的是高溫區(qū)加熱溫度的設(shè)定及終鍛溫度的范圍，而并未重點(diǎn)考慮高溫區(qū)加熱之前相鄰預(yù)熱臺階的合理溫度范圍。譬如直接將預(yù)熱溫度設(shè)定為1050～1070℃左右，因?yàn)樵诠に囍贫ㄕ呖磥?，預(yù)熱溫度下晶粒不會長大，且縮短高溫區(qū)與相鄰預(yù)熱臺階之間的溫度差距有利于金屬首先在預(yù)熱溫度下熱透以減少高溫區(qū)保溫時間，從而降低晶粒在高溫區(qū)長大的幅度。但事實(shí)并非如此，因?yàn)镚H4698材料在1020℃以上加熱條件下，幾乎是單相奧氏體組織，已溶解的彌散強(qiáng)化項(xiàng)γ＇起不到限制的作用，奧氏體晶粒便會迅速開始回復(fù)再結(jié)晶，逐漸合并長大。按此溫度臺階設(shè)定，每火次坯料首先在1050～1070℃溫度下預(yù)熱3～4小時，然后在高溫區(qū)1110～1120℃保溫2～3小時，相當(dāng)于奧氏體組織每火次已發(fā)生5～7小時的回復(fù)再結(jié)晶。如果再不能保證有合適的變形量，鍛件組織及疲勞性能將很難達(dá)到要求。
合理分配鐓餅、模鍛工步每火次變形量，保證每火次25％～35％變形即可(不宜過大)，火次自定，加熱時在達(dá)到預(yù)定高溫區(qū)保溫時間后出爐采用硅酸鋁保溫棉軟包套。特別強(qiáng)調(diào)的是，每火次變形量的設(shè)定不能僅考慮整體大變形，也應(yīng)該考慮小變形區(qū)、不易變形區(qū)的變形狀態(tài)。如鐓餅整體變形量設(shè)置過大(設(shè)定為50％變形量一火完成)，即使已采取了包套保溫措施，也很難避免在長時間的變形過程中局部溫將嚴(yán)重的情況，其最大變形區(qū)域自然會超過50％的變形量，但小變形區(qū)或變形死區(qū)也一定會存在。這樣首先加劇了組織的不均勻性，其次是導(dǎo)致了大量未發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的原始大晶粒及因動態(tài)再結(jié)晶動力不足、直接通過切變形成的孿晶組織的混亂分布。
合理設(shè)定首次固溶加熱溫度：預(yù)熱臺階參考鍛造加熱中溫度設(shè)定，高溫區(qū)溫度應(yīng)盡量選擇下限溫度(通常1100～1120℃范圍)。首次固溶保溫時間為固定8小時，該條件下，晶粒會進(jìn)一步發(fā)生回復(fù)再結(jié)晶，一般尺寸會增加1～1.5倍，如果鍛造時沒有對坯料進(jìn)行很好的改善，基礎(chǔ)較差，那么經(jīng)過固溶之后(雖然會有一定的均勻化作用)組織會繼續(xù)變差，特別是超大晶粒(超過2.0mm)的存在會導(dǎo)致超生波探傷及高溫光滑疲勞等性能嚴(yán)重惡化。
本發(fā)明重點(diǎn)從GH4698加熱參數(shù)設(shè)置、變形工步分配等方面入手，可有效細(xì)化、均勻化GH4698盤鍛件組織，最終提高其高溫光滑疲勞性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：為了解決GH4698盤鍛件組織均勻性差、晶粒粗大及高溫光滑疲勞性能不穩(wěn)定的問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
提供一種GH4698合金盤鍛件的鍛造方法，包括以下步驟：
步驟1、對棒材進(jìn)行加熱，加熱至800℃、保溫系數(shù)為0.8mm/min，之后以50～70℃/min的加熱速度升溫至990～1000℃、保溫系數(shù)為0.8mm/min，之后升溫至1100～1120℃、保溫系數(shù)為0.8mm/min；之后將加熱后的棒料采用硅酸鋁保溫棉軟包套，在1100～1120℃下保溫30min；
步驟2、對包套棒料進(jìn)行多火次鐓餅，得到荒坯，保證每火次變形量為25％～35％；
步驟3、對荒坯進(jìn)行多火次模鍛，得到鍛件并空冷，保證每火次變形量為25％～35％；
步驟4、對鍛件進(jìn)行首次固溶處理，先將鍛件加熱至800℃、保溫系數(shù)為0.8mm/min，之后以50～70℃/min的加熱速度升溫至990～1000℃、保溫系數(shù)為0.8mm/min，之后升溫至1100℃、保溫8小時后空冷；
步驟5、對鍛件進(jìn)行二次固溶處理，先將鍛件加熱至800℃、保溫系數(shù)為0.8mm/min，之后以50～70℃/min的加熱速度升溫至990～1000℃、保溫4小時后空冷；
步驟6、對鍛件進(jìn)行時效處理，將鍛件直接送入700℃的電爐中保溫16小時后空冷。
本發(fā)明的有益效果是：遵循GH4698材料在加熱時的組織變化特點(diǎn)，合理制定加熱工藝參數(shù)；嚴(yán)格區(qū)分整體變形量與局部真實(shí)變形量之間的關(guān)系，合理、優(yōu)化設(shè)置鍛造變形火次及每火次變形量，可有效解決GH4698盤鍛件組織不均、晶粒粗大、高溫光滑疲勞性能不穩(wěn)定等問題(鍛態(tài)本體晶粒尺寸為的0.5mm～0.6mm，熱處理后晶粒尺寸在1.2mm以下，且組織均勻)。
具體實(shí)施方式：
下面選取航空某型機(jī)渦輪盤鍛件的生產(chǎn)研制，對本發(fā)明的工藝步驟進(jìn)行詳細(xì)的說明。
提供一種GH4698合金盤鍛件的鍛造方法，包括以下步驟：
步驟1、對棒材進(jìn)行加熱，加熱至800℃、保溫系數(shù)為0.8mm/min，之后以50～70℃/min的加熱速度升溫至990～1000℃、保溫系數(shù)為0.8mm/min，之后升溫至1100～1120℃、保溫系數(shù)為0.8mm/min；之后將加熱后的棒料采用硅酸鋁保溫棉軟包套，在1100～1120℃下保溫30min；
步驟2、對包套棒料進(jìn)行多火次鐓餅，得到荒坯，保證每火次變形量為25％～35％；步驟3、對荒坯進(jìn)行多火次模鍛，得到鍛件并空冷，保證每火次變形量為25％～35％；
步驟4、對鍛件進(jìn)行首次固溶處理，先將鍛件加熱至800℃、保溫系數(shù)為0.8mm/min，之后以50～70℃/min的加熱速度升溫至990～1000℃、保溫系數(shù)為0.8mm/min，之后升溫至1100℃、保溫8小時后空冷；
步驟5、對鍛件進(jìn)行二次固溶處理，先將鍛件加熱至800℃、保溫系數(shù)為0.8mm/min，之后以50～70℃/min的加熱速度升溫至990～1000℃、保溫4小時后空冷；
步驟6、對鍛件進(jìn)行時效處理，將鍛件直接送入700℃的電爐中保溫16小時后空冷。
綜上所述，經(jīng)本發(fā)明生產(chǎn)的GH4698盤鍛件組織均勻、細(xì)小，各項(xiàng)力學(xué)性能(特別是高溫光滑疲勞性能)均符合技術(shù)要求，可滿足型號研制任務(wù)需要。