CN104988442B - 一种gh4169合金锻件晶粒组织的细化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种GH4169合金锻件晶粒组织的细化方法，其方法包括以下步骤：(1)将GH4169合金锻坯在1040℃～1100℃进行40分钟～60分钟的固溶处理，然后水淬；(2)将GH4169合金锻坯和等温模锻模具加热至成形温度，并保温至锻坯温度均匀；(3)进行第一道次等温模锻成形，变形量为30％～60％，GH4169合金锻坯的变形速率为0.01s‑1～0.1s‑1，成形温度为950℃～1010℃；(4)第一道次等温模锻成形结束后卸载，对锻坯保温30s～60s，保温温度与第一道次等温模锻成形的温度相同；(5)进行第二道次等温模锻成形，第二道次等温模锻成形的温度和变形速率与第一道次相同，两道次等温模锻成形的总变形量为70％～90％；(6)卸载，立即淬火，从模锻模具中取出锻件。利用本发明方法可有效地细化GH4169合金锻件的晶粒组织，提高其综合力学性能。

Description

一种GH4169合金锻件晶粒组织的细化方法
技术领域
本发明涉及一种GH4169合金锻件晶粒组织的细化方法，属于有色金属材料热成形领域。
背景技术
GH4169合金为一种以γ″相(Ni3Nb)和γ′相(Ni3AlTi)为强化相的镍基高温合金，该合金具有高的抗拉强度、屈服强度、持久强度和塑性，同时具有良好的抗疲劳、抗蠕变、抗冲击、热加工及焊接性能。因此，GH4169合金通常用于制造各种形状复杂的航空、航天零部件，如航空发动机机匣、涡轮盘、压气机盘、转子以及紧固件等。GH4169合金在发动机零部件中的应用已经由最初的几个增加到了几百个，如太行发动机中利用GH4169合金制造的零部件就多达两百多个，GH4169合金零件总重量达到发动机重量的30％以上。由于等温模锻工艺可以有效地减小或消除模具激冷和材料应变硬化的影响，从而显著降低材料的变形抗力，改善材料的流动性和成形性。因此，等温模锻工艺是具有复杂形状的GH4169合金零部件的重要生产途径。通常，GH4169合金零部件长期处于高温及交变载荷工况下，为了确保其在苛刻服役工况中的可靠性、耐久性和安全性，必须在GH4169合金零部件的等温模锻过程中严格控制其内部微观组织，尤其是晶粒组织形态。通常，晶粒粗大、混晶严重的GH4169合金锻件不仅内部残余应力大、热加工性能差，而且抗疲劳、抗腐蚀和抗冲击性能也无法达标。因此，严格控制GH4169合金锻件晶粒组织尤为关键。研究表明，较高的成形温度(980℃～1040℃)和较低的变形速率(0.001s-1～0.01s-1)条件有助于GH4169合金锻坯材料的动态再结晶晶粒形核和长大，所以其晶粒组织可以得到一定程度的细化。但是，只有在变形量足够大的时候，才能保证GH4169合金锻坯各部位发生完全的动态再结晶，而且单道次的大变形易导致GH4169合金锻坯材料的非均匀流动，难以保证组织性能的均匀性，无法满足其极端的服役性能要求。因此，急需发明一种不仅可细化GH4169合金锻件晶粒组织，而且保证晶粒组织均匀性的方法，从而提高其综合力学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种GH4169合金锻件晶粒组织的细化方法。采用该方法不仅能够细化GH4169合金锻件的晶粒组织，而且使晶粒组织分布均匀，提高GH4169合金锻件的综合力学性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：利用两道次等温模锻成形工艺细化GH4169合金锻件的晶粒组织，提高其综合力学性能，该方法的具体步骤为：
步骤1：将GH4169合金锻坯在1040℃～1100℃进行40分钟～60分钟的固溶处理，然后水淬；
步骤2：将GH4169合金锻坯和等温模锻模具加热至成形温度，并保温至锻坯温度均匀；
步骤3：进行第一道次等温模锻成形，变形量为30％～60％，GH4169合金锻坯的变形速率为0.01s-1～0.1s-1，成形温度为950℃～1010℃；
步骤4：第一道次等温模锻成形结束后卸载，对锻坯保温30s～60s，保温温度与第一道次等温模锻成形的温度相同；
步骤5：进行第二道次等温模锻成形，第二道次等温模锻成形的温度和变形速率与第一道次相同，两道次等温模锻成形的总变形量为70％～90％；
步骤6：卸载，立即淬火，从模锻模具中取出锻件。
本发明的优点在于：通过两道次等温模锻成形工艺细化GH4169合金锻件的晶粒组织。在GH4169合金锻件等温模锻成形过程中增加保温工艺可以促使第一道次成形过程中未长大的动态再结晶晶核充分长大。通过控制保温时间，可以有效地减小GH4169合金锻坯的晶粒尺寸。经过第二道次等温模锻成形，可进一步细化GH4169合金锻坯的晶粒组织。该方法操作简单，效果显著，有利于消除GH4169合金锻件内部由于混晶引起的残余应力，同时提高其抗疲劳、抗腐蚀和抗冲击等性能。此外，该GH4169合金锻件晶粒组织的细化方法还可以降低热成形设备要求，从而节约成本，缩短生产周期。
附图说明
图1固溶处理后的GH4169合金锻坯的晶粒组织形貌
图2 GH4169合金锻件的晶粒组织形貌：(a)、(b)、(c)未采用本发明方法获得的晶粒组织形貌图；(d)、(e)、(f)为采用本发明方法获得的晶粒组织形貌图
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。
本发明是一种GH4169合金锻件晶粒组织的细化方法，以表1所示的GH4169合金为例，详细介绍本发明涉及的GH4169合金锻件晶粒组织的细化方法。本发明所指GH4169合金锻件晶粒组织形貌是在Leica DMI5000M金相显微镜上获取。平均晶粒尺寸根据ASTM：E112-12标准通过截线法获得。通过Photoshop6.0和Image-Pro Plus 6.0软件测定再结晶分数。
表1 本发明实例中所用GH4169合金成分(wt.％)
实施例1
A将GH4169合金锻坯在1040℃进行45分钟的固溶处理，然后水淬。将GH4169合金锻坯和模具加热至950℃，并保温至锻坯温度均匀。进行第一道次等温模锻成形，变形量为60％，GH4169合金锻坯变形速率为0.1s-1，成形温度为950℃。第一道次等温模锻成形结束后卸载，对锻坯保温60s，保温温度与第一道次等温模锻成形的温度相同。进行第二道次等温模锻成形，第二道次等温模锻成形的温度和变形速率与第一道次相同，两道次等温模锻成形的总变形量为70％。
实施例2
B将GH4169合金锻坯在1040℃进行45分钟的固溶处理，然后水淬。将GH4169合金锻坯和模具加热至980℃，并保温至锻坯温度均匀。进行第一道次等温模锻成形，变形量为60％，GH4169合金锻坯变形速率为0.1s-1，成形温度为980℃。第一道次等温模锻成形结束后卸载，对锻坯保温45s，保温温度与第一道次等温模锻成形的温度相同。进行第二道次等温模锻成形，第二道次等温模锻成形的温度和变形速率与第一道次相同，两道次等温模锻成形的总变形量为70％。
实施例3
C将GH4169合金锻坯在1040℃进行45分钟的固溶处理，然后水淬。将GH4169合金锻坯和模具加热至1010℃，并保温至锻坯温度均匀。进行第一道次等温模锻成形，变形量为30％，GH4169合金锻坯变形速率为0.1s-1，成形温度为1010℃。第一道次等温模锻成形结束后卸载，对锻坯保温45s，保温温度与第一道次等温模锻成形的温度相同。进行第二道次等温模锻成形，第二道次等温模锻成形的温度和变形速率与第一道次相同，两道次等温模锻成形的总变形量为70％。
对比实施例1
D将GH4169合金锻坯在1040℃进行45分钟的固溶处理，然后水淬。将GH4169合金锻坯和模具加热至950℃，并保温至锻坯温度均匀。进行等温模锻成形，变形量为70％，GH4169合金锻坯变形速率为0.1s-1，成形温度为950℃。
对比实施例2
E将GH4169合金锻坯在1040℃进行45分钟的固溶处理，然后水淬。将GH4169合金锻坯和模具加热至980℃，并保温至锻坯温度均匀。进行等温模锻成形，变形量为70％，GH4169合金锻坯变形速率为0.1s-1，成形温度为980℃。
对比实施例3
F将GH4169合金锻坯在1040℃进行45分钟的固溶处理，然后水淬。将GH4169合金锻坯和模具加热至1010℃，并保温至锻坯温度均匀。进行等温模锻成形，变形量为70％，GH4169合金锻坯变形速率为0.1s-1，成形温度为1010℃。
图1所示为GH4169合金锻坯固溶处理后的晶粒组织形貌。从图1中可以发现，晶粒组织呈现等轴且均匀分布的形貌，采用截线法获得的平均晶粒尺寸为75μm。
图2(a)、(b)和(c)为未采用本发明方法获得的GH4169合金锻件的晶粒组织形貌图。从图中可以看出：整个晶粒组织由被拉长的变形晶粒和细小的再结晶晶粒组成，晶粒尺寸大小不均匀，呈现混晶状态。图2(d)、(e)和(f)为采用本发明方法获得的GH4169合金锻件的晶粒形貌图。从图中可以看出，晶粒组织为等轴状且分布均匀。从图中可以发现，采用本发明方法可以有效地减小GH4169合金锻件的平均晶粒尺寸，并且提高其晶粒组织分布的均匀性。此外，对比图1和图2(d)、(e)和(f)可以发现，采用本发明方法细化GH4169合金锻件晶粒组织的效果显著。
表2给出了使用本发明实施例中GH4169合金锻件的再结晶分数和平均晶粒尺寸。表3给出了对比实施例中GH4169合金锻件的再结晶分数和平均晶粒尺寸。由此可知，本发明方法可有效地确保GH4169合金锻件晶粒组织细小性及均匀性，可保证GH4169合金锻件的综合力学性能，为GH4169合金锻件的生产提供了新技术。
表2 使用本发明实施例中GH4169合金的再结晶分数和平均晶粒尺寸
表3 对比实施例中GH4169合金的再结晶分数和平均晶粒尺寸

Claims (2)

1.一种GH4169合金锻件晶粒组织的细化方法，其特征在于：利用两道次等温模锻成形工艺细化GH4169合金锻件的晶粒组织，提高其综合力学性能，该方法包括以下步骤：
步骤1：将GH4169合金锻坯在1040℃～1100℃进行40分钟～60分钟的固溶处理，然后水淬；
步骤2：将GH4169合金锻坯和等温模锻模具加热至成形温度，并保温至锻坯温度均匀；
步骤3：进行第一道次等温模锻成形，变形量为30％～60％，GH4169合金锻坯的变形速率为0.01s-1～0.1s-1，成形温度为950℃～1010℃；
步骤4：第一道次等温模锻成形结束后卸载，对锻坯保温30s～60s，保温温度与第一道次等温模锻成形的温度相同；
步骤5：进行第二道次等温模锻成形，第二道次等温模锻成形的温度和变形速率与第一道次相同，两道次等温模锻成形的总变形量为70％～90％；
步骤6：卸载，立即淬火，从模锻模具中取出锻件。
2.如权利要求1所述的一种GH4169合金锻件晶粒组织的细化方法，其特征在于：利用上述方法可将GH4169合金锻件的晶粒组织细化到12μm～25μm，且再结晶分数可达到95％～100％。
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