CN104947014A - 一种循环加载与卸载变形细化gh4169合金锻件晶粒组织的方法 - Google Patents

一种循环加载与卸载变形细化gh4169合金锻件晶粒组织的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法。该方法包括如下步骤：(1)将GH4169合金锻坯进行预处理，预处理工艺为：将锻坯加热至900℃～940℃保温，保温时间为10小时～14小时；(2)将经过预处理后的GH4169合金锻坯加热至变形温度980℃～1010℃，保温至锻坯温度均匀后，进行多次循环加载与卸载变形，循环加载与卸载变形工艺为：锻坯的变形速率为0.001s-1～0.005s-1，变形量每隔5％～10％进行一次卸载和重加载，每次卸载时间为10s～15s，锻坯的总变形量为45％～70％；(3)变形结束后，立即对锻件淬火。本发明能够以较小的变形量达到细化GH4169合金晶粒组织的目的，为GH4169合金锻件的品质跃升提供了新技术。

Description

一种循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法
技术领域：
本发明属于锻造技术领域，涉及一种循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法。
背景技术：
GH4169合金一种以γ″相(Ni3Nb)和γ′相(Ni3AlTi)为强化相的镍基高温合金。由于GH4169合金通常在-253～700℃温度范围内具有良好的综合性能，特别是在650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位，且具有良好的抗疲劳、抗蠕变、抗氧化、耐腐蚀性能，以及良好的加工性能。因此，GH4169合金广泛应用于制造各种形状复杂、性能要求特别高的航空、航天零部件。
获得均匀细小的GH4169合金组织，是锻造等热加工工艺必须实现的关键目标。在锻造等热变形过程中，动态再结晶机制是晶粒组织细化的最重要的途径。然而，研究表明，GH4169合金发生完全的动态再结晶需要足够大的变形量，当变形量较小时，不完全的动态再结晶会导致混晶的出现，将严重影响材料的力学性能。然而，由于模锻过程中摩擦等不确定因素导致材料变形不均匀，难以保证各部位的应变均超过动态再结晶完全发生所需的最小应变，小变形区将存在混晶现象。因此，急需发明一种新方法，利用该方法能降低GH4169合金发生完全动态再结晶所需的应变，从而使得锻件小变形区也能发生完全的动态再结晶，达到细化晶粒的目的。
2007年8月22日公开的中国发明专利说明书CN101020949A(申请号：200710077668.6)公开了一种GH4169合金等温锻造用细晶的制坯方法，所述的GH4169合金等温锻造用细晶的制坯方法与本发明方法不同，该方法需要进行两次镦粗和拔长，最终再进行一次辗轧变形达到细化晶粒的目的，其原理是采用反复大变形细化晶粒。该工艺相当复杂，工序较多，加工成本较高。因此，急需提出一种能通过较小的变形量即可细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法，该方法可以有效地降低GH4169合金发生完全动态再结晶所需的应变，解决了现有细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法需要大变形的难题。
本发明解决上述难题的方案是：
步骤1：将GH4169合金锻坯进行预处理，预处理工艺为：将锻坯加热至900℃～940℃保温，保温时间为10小时～14小时；
步骤2：将经过预处理后的GH4169合金锻坯加热至变形温度980℃～1010℃，保温至锻坯温度均匀后，进行多次循环加载与卸载变形，循环加载与卸载变形工艺为：锻坯的变形速率为0.001s-1～0.005s-1，变形量每隔5％～10％进行一次卸载和重加载，每次卸载时间为10s～15s，锻坯的总变形量为45％～70％；
步骤3：变形结束后，立即对锻件淬火。
本发明的有益效果为：该方法充分利用了应变速率对GH4169合金动态再结晶的影响规律，采用多次循环加载与卸载变形，加速了动态再结晶发生速率，降低了GH4169合金发生完全动态再结晶所需的应变，从而减小了GH4169合金锻件晶粒细化所需的变形量，为采用较小的变形量细化了GH4169合金锻件晶粒提供了方法。
附图说明：
图1GH4169合金锻坯的原始晶粒组织
图2GH4169合金锻坯经过预处理之后的组织；
图3实施例1的锻造工艺示意图：(a)为温度-时间曲线；(b)为载荷-时间曲线；(c)为一个循环加载过程的载荷-时间曲线；(d)为载荷-应变曲线；
图4实施例1工艺获得的GH4169合金锻件的晶粒组织；
图5实施例1对比实验载荷-时间曲线；
图6实施例1对比实验获得的GH4169合金锻件的晶粒组织；
图7实施例2的锻造工艺示意图：(a)为温度-时间曲线；(b)为载荷-时间曲线；(c)为一个循环加载过程的载荷-时间曲线；(d)为载荷-应变曲线；
图8实施例2工艺获得的GH4169合金锻件的晶粒组织。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种采用多次循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法，下面所有实施例中选用的GH4169合金成分如表1，该合金的原始组织为固溶态，其固溶工艺为在固溶温度1040℃，保温40分钟，原始晶粒组织如图1所示，初始晶粒尺寸为75μm，需要在锻造变形过程中细化晶粒。
表1 本发明实例中所用材料的GH4169合金成分(wt.％)
实施例1
步骤1：将GH4169合金锻坯进行预处理，预处理工艺为：将锻坯加热至900℃保温，保温时间为12小时，然后淬火。经预处理之后的GH4169合金锻坯组织如图2所示，初始晶粒主要为75μm的等轴晶。
步骤2：将经过预处理后的GH4169合金锻坯加热至变形温度980℃，保温至锻坯温度均匀后，进行多次循环加载与卸载变形，循环加载与卸载变形工艺为：锻坯的变形速率为0.001s-1，变形量每隔5％～10％进行一次卸载和重加载，每次卸载时间为10s，锻坯的总变形量为50％。
步骤2中，GH4169合金锻坯的加热工艺如图3(a)所示；锻坯首先以10℃/s升温速度加热至980℃，然后保温300s，待锻坯温度分布均匀后进行多次循环加载与卸载变形，在多次循环加载与卸载变形过程中，锻坯温度保持980℃不变；GH4169合金锻坯的多次循环加载与卸载变形工艺如图3(b)所示，锻坯温度均匀后，开始进行变形，实施例1中总共进行了9次循环加载与卸载变形，每次卸载时间为10s(如图3(c)所示)，卸载结束后，立即重新加载；每次卸载的变形量间隔如图3(d)所示，锻坯的总变形量为50％，对应图3(d)中真应变为0.7。
步骤3：变形结束后，立即对锻坯淬火。
对GH4169合金锻件进行金相观察，结果如图4所示。对比图4和图1可知，本发明的方法可以在锻坯的总变形量为50％时实现细化晶粒的目的。为了证明本发明方法的优越性，进行了对比实验，对比实验所选用的变形温度、应变速率和锻坯的总变形量与本发明实施例1相同，区别在于对比实验未进行循环加载与卸载变形，而是以恒应变速率变形至结束，其载荷-时间曲线如图5所示。对比实验获得的GH4169合金最终组织如图6所示。由图6可知，未采用本发明方法时，同样的总变形量，GH4169合金动态再结晶程度很小，且存在混晶组织，未达到细化晶粒的目的。因此，对比实验证明了本发明提出的方法具有优越性。
实施例2
步骤1：将GH4169合金锻坯进行预处理，预处理工艺为：将锻坯加热至900℃保温，保温时间为12小时，然后淬火。经预处理之后的GH4169合金锻坯组织如图2所示，初始晶粒主要为75μm的等轴晶。
步骤2：将经过预处理后的GH4169合金锻坯加热至变形温度1010℃，保温至锻坯温度均匀后，进行多次循环加载与卸载变形，循环加载与卸载变形工艺为：锻坯的变形速率为0.001s-1，变形量每隔5％～10％进行一次卸载和重加载，每次卸载时间为10s，锻坯的总变形量为50％。
步骤2中，GH4169合金锻坯的加热工艺如图7(a)所示；锻坯首先以10℃/s升温速度加热至1010℃，然后保温300s，待锻坯温度分布均匀后进行多次循环加载与卸载变形，在多次循环加载与卸载变形过程中，锻坯温度保持980℃不变；GH4169合金锻坯的多次循环加载与卸载变形工艺如图7(b)所示，锻坯温度均匀后，开始进行变形，实施例1中总共进行了9次循环加载与卸载变形，每次卸载时间为10s(如图7(c)所示)，卸载结束后，立即重新加载；每次卸载时的变形量间隔如图7(d)所示，锻坯的总变形量为50％，对应图7(d)中真应变为0.7。
步骤3：变形结束后，立即对锻件淬火。
对GH4169合金锻件进行金相观察，结果如图8所示。对比图8和图1可知，本发明的方法可以在锻坯的总变形量为50％时实现细化晶粒的目的。

Claims (3)

1.一种循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法，其特征在于该方法利用多次循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件的晶粒组织，其包括如下步骤：
步骤1：将GH4169合金锻坯进行预处理，预处理工艺为：将锻坯加热至900℃～940℃保温，保温时间为10小时～14小时；
步骤2：将经过预处理后的GH4169合金锻坯加热至变形温度980℃～1010℃，保温至锻坯温度均匀后，进行多次循环加载与卸载变形，循环加载与卸载变形工艺为：锻坯的变形速率为0.001s-1～0.005s-1，变形量每隔5％～10％进行一次卸载和重加载，每次卸载时间为10s～15s，锻坯的总变形量为45％～70％；
步骤3：变形结束后，立即对锻件淬火。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤1所述的锻坯预处理工艺为：将锻坯加热至900℃～940℃保温，保温时间为10小时～14小时。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤2所述的多次循环加载与卸载变形工艺为：变形温度为980℃～1010℃，锻坯的变形速率为0.001s-1～0.005s-1，变形量每隔5％～10％进行一次卸载和重加载，每次卸载时间为10s～15s，锻坯的总变形量为45％～70％。
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