CN110804717A - 一种细化gh4169合金锻件晶粒组织的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法。该方法的步骤如下：(1)将GH4169合金进行固溶处理；(2)将固溶处理后的GH4169合金进行应力时效，应力范围控制在30MPa～150MPa，应力时效温度控制在850℃～950℃，应力时效时间控制在3小时～18小时；(3)对应力时效处理后的锻件进行锻造，锻造温度控制在900℃～1050℃，锻造的等效应变速率不小于0.001s‑1，等效应变不小于0.2。本发明提出的方法可以有效地均匀细化GH4169合金锻件的晶粒组织，晶粒度达到ASTM9级～ASTM11级，为制造高品质锻件提供了有效途径。

Description

一种细化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，涉及一种细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法。
背景技术
GH4169合金是一种典型的时效强化型合金，由于其具有优异的高温力学性能、耐腐蚀性、抗疲劳性以及焊接性能，被广泛地应用于制备航空航天发动机及燃气轮机的核心零部件，例如涡轮盘、叶片以及机匣等。此外，在核工业、能源以及电力等领域也得到广泛应用。
材料性能和微观组织的关系密不可分，微观组织的细化能很大程度的提高材料的强度，疲劳性能等，组织均匀化分布能使得锻件整体表现出均一化的材料属性。所以，为了获得高品质的GH4169合金材料，需要通过调控微观组织演变的方式来完成。目前，热锻造变形工艺除了用于获得指定形状的锻件还可以通过晶粒组织的动态再结晶行为细化晶粒。然而由于坯料在热塑性变形中的不均匀变形会造成在不同应变区域的动态再结晶程度不一致，导致锻件各部位的组织严重不均匀，从而使得锻件内部在不同区域表现出不同差异性的材料性能。并且，锻造过程中变形不均匀难以通过调整工艺参数解决。研究表明，相同成形工艺参数条件下，随着初始δ相含量的增加和均匀的析出位置，使动态再结晶体积分数显著增加，同时，动态再结晶晶粒尺寸逐渐减小。说明δ相不但能够促进动态再结晶发生，还可以抑制动态再结晶晶粒长大。因此，在锻造前进行应力时效来均匀析出δ相是来控制变形过程中的动态再结晶行为，从而达到晶粒组织细化与均匀化的目的是一个新的思路。
因此，急需发明一种新方法，利用该方法既能有效地细化GH4169合金锻造后晶粒组织，又能明显改善晶粒组织的不均匀性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法，该方法可以有效地通过调控应力时效参数来调控δ相析出分布特征，对后续锻造变形过程中晶粒的动态再结晶行为的影响，进而均匀细化GH4169合金锻件晶粒组织，以及为GH4169合金模锻工艺中解决混晶组织提供了技术支持。
本发明解决上述难题的方案是：
步骤1：将GH4169合金进行固溶处理；固溶处理的工艺条件为：固溶温度范围为1020℃～1050℃，固溶时间为40分钟～60分钟；
步骤2：将固溶处理后的GH4169合金进行应力时效，应力范围控制在30MPa～150MPa，应力时效温度控制在850℃～950℃；应力时效时间控制在3小时～18小时；
步骤3：对应力时效处理后的GH4169合金进行锻造，其锻造温度控制在900℃～1050℃之间，锻造的等效应变速率不小于0.001s-1，等效应变不小于0.2。
本发明的有益效果为：本发明提出了一种通过调控δ相析出分布特征来细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法，解决了传统锻造工艺中未考虑δ相析出不均匀导致后续塑性变形过程中对晶粒组织均匀性及动态再结晶程度的影响，无法对锻件晶粒大小均匀性进行调控的弊端。该方法的发明和推广应用有助于细化锻件晶粒组织，为有效的控制晶粒组织均匀性，以及GH4169合金锻件晶粒组织细化工艺的制定提供了技术支持。
附图说明
图1实施例1采用应力时效工艺获得的GH4169合金锻件的晶粒组织；
图2对比实验采用无应力时效工艺获得的GH4169合金锻件的晶粒组织；
图3.实施例2采用应力时效工艺获得的GH4169合金锻件的晶粒组织；
图4对比实验采用无应力时效工艺获得的GH4169合金锻件的晶粒组织；
图5实施例2与对比实验的应力—应变曲线；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施案例对本发明进行详细说明。
本发明为一种细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法，实施例中使用的商用GH4169合金化学成分如表1所示。
表1实例1中所用GH4169合金化学成分(wt.％)
Figure BDA0002280247320000021
实施例1
步骤1：将GH4169合金进行固溶处理，固溶温度为1040±5℃，固溶时间为45分钟，然后淬火，淬火介质为室温水；
步骤2：将固溶处理后的GH4169合金进行应力时效，应力时效温度为900℃，应力值的数值为80MPa，应力时效时间为6小时；
步骤3：对应力时效处理后的GH4169合金加热到980℃，保温至锻坯温度均匀后，以0.01s-1的应变速率实施锻造，在变形量达到50％时终止。
对GH4169合金锻件进行金相观察，结果如图1所示。为证明本发明方法的优越性，进行了对比实验，对比实验所选用的应变速率和总变形量与本发明实施例1相同，区别在于对比实验是无应力时效后完成整个变形过程。图2所示为无应力时效(12小时)后，对合金进行塑性变形获得的晶粒组织。对比图1和图2可知，实施例1通过调控δ相析出分布特征得到的晶粒组织与无应力时效后塑性变形得到的晶粒组织有着明显的差别，经过应力时效后变形的晶粒组织几乎发生了完全的动态再结晶，晶粒组织得到明显的细化，而对比无应力时效热处理后变形得到的晶粒组织，动态再结晶程度不完全，出现了明显的混晶组织，并且实施例1中应力时效时间只有6小时，有效地节约了能耗。因此，对比实验证明了本发明提供的方法能够良好的细化晶粒组织，并节约成本。
实施例2
步骤1：步骤1：将GH4169合金进行固溶处理，固溶温度为1040±5℃，固溶时间为45分钟，然后淬火，淬火介质为室温水；
步骤2：将固溶处理后的GH4169合金进行应力时效，应力时效温度为900℃，应力值的数值为70MPa，应力时效时间为12小时；
步骤2：对应力时效处理后的GH4169合金加热到980℃，保温至锻坯温度均匀后，以0.01s-1的应变速率实施锻造，在变形量达到60％时终止。
对GH4169合金锻件进行金相观察，结果如图3所示。为进一步证明本发明方法的优越性，进行了对比实验，对比实验所选用的应变速率和总变形量与本发明实施例2相同，区别在于对比实验是无应力时效后完成整个变形过程。图4所示为无应力时效(12小时)后，对合金进行变形获得的晶粒组织。对比图3和图4可知，实施例2通过调控δ相析出分布特征得到的晶粒组织与无应力时效后变形得到的晶粒组织有明显的差别，经过应力时效后变形的晶粒组织发生了完全的动态再结晶，晶粒组织得到明显的细化，而对比无应力时效热处理后变形得到的晶粒组织，动态再结晶程度不完全，出现了明显的项链状组织，并且对比图5可以明显看出经过应力时效后的变形组织应力峰值有所提升，提升了40MPa左右，动态软化效果也明显增加。因此，对比实验证明了本发明提供的方法不仅在解决混晶组织工艺上提供了技术支持，并且在材料力学性能方面有着明显的提升作用。
上面结合附图对本发明的实例进行了描述，但本发明不局限于上述具体的实施方式，上述的具体实施方式仅是示例性的，不是局限性的，任何不超过本发明权利要求的发明创造，均在本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法，其特征在于该方法可以通过调控δ相析出分布特征来细化GH4169合金锻件晶粒组织，包括如下步骤：
步骤1：将GH4169合金进行固溶处理，固溶温度范围控制在1020℃～1050℃，固溶时间控制在40分钟～60分钟；
步骤2：将固溶处理后的GH4169合金进行应力时效，应力范围控制在30MPa～150MPa，应力时效温度控制在850℃～950℃，应力时效时间控制在3小时～18小时；
步骤3：对应力时效处理后的GH4169合金进行锻造，其锻造温度控制在900℃～1050℃之间，锻造的等效应变速率不小于0.001s-1，等效应变不小于0.2。
2.通过本方法有效地均匀细化GH4169合金锻件的晶粒组织，锻件晶粒度达到ASTM9级～ASTM11级。
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