CN107385369A - 一种gh4698盘锻件晶粒尺寸控制与力学性能调节的方法 - Google Patents

一种gh4698盘锻件晶粒尺寸控制与力学性能调节的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种GH4698盘锻件晶粒尺寸控制与力学性能调节的方法。通常情况下，GH4698盘锻件的生产需经过镦饼制坯、模锻、二次固溶及时效热处理数道工序，其中制坯与模锻工序又包含锻造加热和变形工序。每一种高温合金都应该根据其在加热时的组织变化特点来制定加热工艺，加热工艺的优劣可直接影响GH4698合金锻件的晶粒尺寸及其力学性能。本发明着重从GH4698不同的加热参数设置方面入手，阐述不同的加热参数如何影响组织晶粒的大小，有目的地调节组织晶粒大小，从而达到标准要求的力学性能要求。

Description

一种GH4698盘锻件晶粒尺寸控制与力学性能调节的方法
技术领域：
本发明属于高温合金的热加工技术领域，涉及一种GH4698盘锻件晶粒尺寸控制与力学性能调节的方法。
背景技术：
GH4698是以铝、钛、钼、铌等元素强化的镍基高温合金，是在GH4033合金基础上补充合金化发展而成的，在500～800℃范围内具有高的持久性能和良好的综合性能。该合金广泛用于制造航空发动机的涡轮盘、压气机盘、导流片、承力环等重要承力零件。工作温度可达750～800℃。
航空发动机用GH4698产品所有加热工序的制定应遵循GH4698材料在加热时的组织变化特点：原始棒材组织为单相γ基体+少量初生碳化物及硼化物；棒材在980～1010℃之间加热保温一定时间，主要析出大尺寸的γ＇强化相(主要弥散于奥氏体基体内部和晶界)，1000℃为析出锋；随加热时间增加，析出数量增加，晶粒及晶界强化效果加强，晶粒长大的限制同时加强，晶粒生长速率减慢。
锻造加热温度：800℃预热保温、再升至990～1080℃范围中某个预热温度保温、最后升至高温区1100～1120℃保温。根据具体锻件的技术指标，或要求高的高温持久性能，或要求高的高温疲劳性能，或既要求高的高温持久性能又要求高的高温疲劳性能，在这些情况下，一味的通过锻造变形及锻后热处理往往很难把握相应的尺度。大量生产实践证明，高温持久性能要求的组织平均晶粒尺寸不能太小，高温疲劳性能要求的组织平均晶粒尺寸不能太大，达到两者的平衡状态正是本发明所要解决的问题。
GH4698材料在1020℃以上加热条件下，几乎是单相奥氏体组织，已溶解的弥散强化项γ＇起不到限制(钉扎)的作用，奥氏体晶粒便会迅速开始回复再结晶，逐渐合并长大。钉扎相的数量多少，直接影响高温预热阶段及之后加热过程晶粒尺寸的长大幅度。锻件加热(镦饼、模锻及热处理)分别采用从低到高一系列的预热温度，可以得到不同的晶粒尺寸，我们可以从各自的力学性能来选择我们需要的热加工工艺。
本发明重点从GH4698不同的预热温度入手，调节晶粒尺寸，从而满足我们需要达到的力学性能要求。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：为了解决GH4698盘锻件不同的组织晶粒尺寸与力学性能的最佳匹配问题。
本发明的技术方案是：
提供一种GH4698盘锻件晶粒尺寸控制与力学性能调节的方法，包括以下步骤：
步骤1、对包套棒料进行两火次加热镦饼，得到荒坯，保证每火次变形量为25％～35％；
步骤2、对荒坯进行一火次加热模锻，得到锻件并空冷，保证变形量为25％～35％；
步骤3、对锻件进行首次固溶处理，先将锻件加热至800℃、保温系数为0.8min/mm，之后以50～70℃/min的加热速度升温至预热温度、保温系数为0.8min/mm，之后升温至1100℃、保温8小时后空冷；
步骤4、对锻件进行二次固溶处理，先将锻件加热至800℃、保温系数为0.8min/mm，之后以50～70℃/min的加热速度升温至990～1000℃、保温4小时后空冷；
步骤5、对锻件进行时效处理，将锻件直接送入775℃的电炉中保温16小时后空冷。
所述的一种GH4698盘锻件晶粒尺寸控制与力学性能调节的方法，所述步骤1和步骤2中的加热包括：
对棒材进行加热，加热至800℃、保温系数为0.8min/mm，之后以50～70℃/min的加热速度升温至预热温度，保温系数为0.8min/mm，之后升温至1100～1120℃，保温系数为0.8min/mm；之后将加热后的棒料采用硅酸铝保温棉软包套，在1100～1120℃下保温30min；
所述的一种GH4698盘锻件晶粒尺寸控制与力学性能调节的方法，所述步骤1、步骤2、步骤3中的预热温度包括990～1000℃、1020～1030℃、1050～1060℃、1070～1080℃四种方案中的一种。
所述的一种GH4698盘锻件晶粒尺寸控制与力学性能调节的方法，所述步骤1和步骤2中的终锻温度控制在950℃以上。
本发明的有益效果是：常用GH4698锻件性能调整的方法是补充时效处理，而不能重复热处理，一旦不合格则只能报废。现在我们可以根据产品的具体验收要求，在生产之前，有目的地对热加工工艺进行调整，使工艺、组织、性能之间更加匹配。
具体实施方式：
下面选取航空某型机涡轮盘锻件的生产研制，对本发明的工艺步骤进行详细的说明。
提供一种GH4698盘锻件晶粒尺寸控制与力学性能调节的方法，包括以下步骤：
步骤1、对包套棒料进行两火次加热镦饼，得到荒坯，保证每火次变形量为25％～35％；
步骤2、对荒坯进行一火次加热模锻，得到锻件并空冷，保证变形量为25％～35％；
步骤3、对锻件进行首次固溶处理，先将锻件加热至800℃、保温系数为0.8min/mm，之后以50～70℃/min的加热速度升温至预热温度、保温系数为0.8min/mm，之后升温至1100℃、保温8小时后空冷；
步骤4、对锻件进行二次固溶处理，先将锻件加热至800℃、保温系数为0.8min/mm，之后以50～70℃/min的加热速度升温至990～1000℃、保温4小时后空冷；
步骤5、对锻件进行时效处理，将锻件直接送入775℃的电炉中保温16小时后空冷。
所述的一种GH4698盘锻件晶粒尺寸控制与力学性能调节的方法，所述步骤1和步骤2中的加热包括：
对棒材进行加热，加热至800℃、保温系数为0.8min/mm，之后以50～70℃/min的加热速度升温至预热温度，保温系数为0.8min/mm，之后升温至1100～1120℃，保温系数为0.8min/mm；之后将加热后的棒料采用硅酸铝保温棉软包套，在1100～1120℃下保温30min；
根据不同的需要，我们分别执行四种预热温度，得出了不同的晶粒尺寸以及不同的力学性能数据(详见表1)。数据表明：按照上述四种加热制度生产的盘锻件，如果要达到组织晶粒、高温持久、高温旋弯疲劳三者之间的平衡，可以选择在上述几种温度范围内进行适当调整。
表1四种制度下锻件热处理后力学性能及低倍晶粒尺寸
综上所述，经本发明生产的GH4698盘锻件，其各项技术指标之间更加协调、匹配，可避免盲目生产或盲目返修造成的不必要的报废。通过对晶粒尺寸的控制，有效调节力学性能，做到有的放矢。

Claims (4)

1.一种GH4698盘锻件晶粒尺寸控制与力学性能调节的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对包套棒料进行两火次加热镦饼，得到荒坯，保证每火次变形量为25％～35％；
步骤2、对荒坯进行一火次加热模锻，得到锻件并空冷，保证变形量为25％～35％；
步骤3、对锻件进行首次固溶处理，先将锻件加热至800℃、保温系数为0.8mm/min，之后以50～70℃/min的加热速度升温至预热温度、保温系数为0.8mm/min，之后升温至1100℃、保温8小时后空冷；
步骤4、对锻件进行二次固溶处理，先将锻件加热至800℃、保温系数为0.8mm/min，之后以50～70℃/min的加热速度升温至990～1000℃、保温4小时后空冷；
步骤5、对锻件进行时效处理，将锻件直接送入775℃的电炉中保温16小时后空冷。
2.根据权利要求1所述的一种GH4698盘锻件晶粒尺寸控制与力学性能调节的方法，其特征在于，所述步骤1和步骤2中的加热包括：
对棒材进行加热，加热至800℃、保温系数为0.8min/mm，之后以50～70℃/min的加热速度升温至预热温度，保温系数为0.8min/mm，之后升温至1100～1120℃，保温系数为0.8mm/min；之后将加热后的棒料采用硅酸铝保温棉软包套，在1100～1120℃下保温30min。
3.根据权利要求2所述的一种GH4698盘锻件晶粒尺寸控制与力学性能调节的方法，其特征在于，所述步骤1、步骤2、步骤3中的预热温度包括990～1000℃、1020～1030℃、1050～1060℃、1070～1080℃四种方案中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种GH4698盘锻件晶粒尺寸控制与力学性能调节的方法，其特征在于，所述步骤1和步骤2中的终锻温度控制在950℃以上。
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