CN112108597B - 一种变形高温合金叶片锻件及其精锻方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变形高温合金叶片锻件及其精锻方法，包括以下步骤：S1、将高温合金棒料在950~1150℃下保温8~60min，挤压；S2、在910~1060℃下加热8~60min，镦头；S3、在910~1060℃下加热6~60min，预锻；S4、在910~1060℃下加热4~60min，终锻，得到终锻件；发明还公开了一种采用上述精锻方法得到的变形高温合金叶片锻件，本发明的优点是实现基于新型镍基高温合金GH4169D材质的叶片锻件的精密锻造成型，获得的GH4169D合金叶片能够满足航空发动机叶片形状尺寸和650℃~750℃高温下的性能要求，满足了由于航空发动机的性能及使用要求不断提高对叶片材料承温能力的要求。

Description

一种变形高温合金叶片锻件及其精锻方法

技术领域

本发明涉及发动机叶片锻造加工的技术领域，更具体地说，它涉及一种变形高温合金叶片锻件及其精锻方法。

背景技术

为了满足航空发动机高性能、高安全性、高可靠性以及长寿命的要求，航空发动机叶片必须具有优良的冶金性能、准确的尺寸、优秀的表面完整性，因此压气机叶片制造技术属于制造业中及其复杂的技术之一。镍基合金是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金，镍基高温合金在航空发动机零部件制备具有广泛的应用。但是镍基高温合金材料还具有另一特点是其组织对热加工工艺特别敏感，因此镍基高温合金材料在目前的锻造工艺中，锻造的锻件产品容易出现粗晶或混晶等组织缺陷。因而锻件成品的合格率低，且锻件成品质量差，甚至导致锻件报废。

目前，航空发动机叶片加工方法主要采用模锻成形或精锻成形的方法。普通模锻工艺如申请公布号为CN107598068A的中国专利公开了一种基于镍基高温合金的航空发动机叶片锻造工艺，其工艺步骤包括下料、涂润滑剂、顶锻加热、顶锻、清理、涂润滑剂、终锻加热、终锻、切片、校正加热、校正、清理、热处理、终检。该锻造工艺锻造的发动机叶片晶粒细小均匀，克服了镍基高温合金材料在锻造过程中易出现粗晶/混晶的现象，叶片锻件外形完整、无裂纹、折叠等缺陷，机加余量、力学性能、金相组织满足设计要求，但是该锻造工艺属于普通模锻工艺，其叶片锻件还留有满足设计要求的机加余量，必须通过机加工去除，对于叶身型面来说，通过机加去除余量不仅加工困难，而且会破坏金属流线的连续性和成品叶片的表面完整性，进而降低成品叶片的力学性能。

如申请公布号为CN110369668A公开了一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其工艺步骤包括下料、表面清理、喷涂玻璃润滑剂、棒料加热、挤压、表面清理、浸涂玻璃润滑剂、预锻加热、预锻、表面清理、切边、喷涂玻璃润滑剂、终锻加热、终锻、表面清理、切边、振动光饰、固溶处理、扭弯校正、酸腐蚀、时效处理、振动光饰、终检。该锻造工艺实现了镍基高温合金叶片的精密锻造成型，解决了普通模锻工艺需要通过机加工去除叶身型面上的机加余量，不仅加工困难，而且会破坏金属流线的连续性和成品叶片的表面完整性，进而降低成品叶片的力学性能的问题。

但是，首先，该发明中挤压后直接预锻，挤压后得到的挤杆，挤杆的杆部和头部是圆柱型的。挤杆的杆部对应预锻件的叶片位置，挤杆的头部对应预锻件的叶根和缘板位置。预锻件的叶片位置厚度差别不大，基本能够保证预锻过程变形均匀。但是叶根部位和缘板部位的厚度差别较大，而挤杆头部是圆柱型的，预锻过程中叶根和缘板位置变形量非常不均匀，严重影响预锻件组织均匀性，并且叶根位置较缘板位置薄，材料分配过多还会造成材料浪费。因此，在挤压工序后加上镦头工序，根据预锻件尺寸反向设计镦头件形状和尺寸，镦头件与挤杆件相比，微调杆部尺寸，改动头部形状和尺寸，保证预锻过程较均匀分配变形量，提高预锻件尺寸及内部组织的稳定性，并提高材料利用率。

其次，该发明中的镍基高温合金为Inconel 718合金（国内牌号为GH4169合金），该合金为以γ''相为主要强化相的合金，当温度超过650℃时，合金中主要强化相γ''会快速发生过时效，并转变成稳定的δ相，导致力学性能下降，因此，GH4169合金的长时使用温度通常被限制在650℃以下。但是随着航空发动机的工作温度及使用要求不断提高，对作为制造航空发动机叶片材料的性能以及叶片型面要求也越来越高。GH4169合金的极限工作温度为650℃，已经不能满足叶片对材料承温能力的要求。GH4169D合金作为一种新型镍基变形高温合金材料，该合金为GH4169合金的改进型镍基高温合金，在继承了GH4169合金的主要优点基础上将服役温度至少提高了55℃。 由于在700 ℃具备优异的综合力学性能、良好的热加工和焊接等工艺性能以及适宜的成本，能够满足航空发动机叶片650℃~750℃高温下的性能要求。目前还未有利用GH4169D合金制造航空发动机压气机叶片的报道。

因此，研究使用新型镍基高温合金材料GH4169D合金来锻造发动机叶片的新工艺势在必行，使锻造出的产品实现批量锻件质量的一致性、提高锻件成品的合格率、以及实现锻件成品质量。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种变形高温合金叶片锻件的精锻方法，其优点是实现基于新型镍基高温合金GH4169D材质的叶片的精密锻造成型，获得的GH4169D合金叶片能够满足叶片形状和尺寸使用要求。

本发明的第二个目的在于提供一种变形高温合金叶片锻件，其优点是满足了航空发动机由于性能及使用要求不断提高对叶片材料。在650℃~750℃高温下的性能要求。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种变形高温合金叶片锻件的精锻方法，包括以下步骤：

S1、挤压：将变形高温合金棒料加热，加热温度为950~1150℃，保温8~60min，然后挤压成型，得到挤压件，冷却，挤压比在2~12之间；

S2、镦头：将挤压件回炉加热，加热温度为910~1060℃，加热时间为8~60min，然后镦头成型获得镦头件，冷却；

S3、预锻：将镦头件回炉加热，加热温度为910~1060℃，加热时间为6~60min，然后进行预锻，预锻时叶根变形量为10~50%，叶身截面变形量为30~80%；

S4、终锻：将预锻件回炉加热，加热温度为910~1060℃，加热时间为4~60min，然后进行终锻，终锻时叶根变形量为10~50%，叶身截面变形量为30~90%，得到GH4169D锻件。

通过采用上述技术方案，本发明中通过对挤压、镦头、预锻和终锻等成型步骤以及参数设置，实现了叶片的精密锻造成型，使得叶片锻件的叶型形状和尺寸直接达到成品叶片的图纸要求，减少了叶片的机械加工余量和贵重高温合金材料的浪费。此外，通过挤压和镦头制坯，使预锻过程中变形量均匀分配。而且预锻可以为终锻均匀分配变形量，避免在锻造过程中镍基高温合金材料因变形量不均匀而造成的组织不均匀而出现粗晶和混晶。通过预锻和终锻步骤中叶根叶身变形量和变形温度等参数的控制，最终得到具有细小、均匀晶粒的优质锻件，金相组织满足设计要求。

本发明首次提出了基于一种新型镍基高温合金GH4169D材质的航空发动机压气机叶片锻件的锻造工艺，而且可以获得均匀的组织状态和良好的力学性能的叶片，打通了GH4169D合金叶片锻件的精锻工艺。利用新型镍基高温合金GH4169D合金通过本发明提供的锻造工艺锻造得到的叶片，经检测叶片锻件表面质量，外形完整，无裂纹、无折叠及拉伤痕等表面缺陷；经低倍组织检验，金属流线连续，未发现明显的穿流和严重涡流；经高倍组织检验，得到的锻件内部组织均匀，满足晶粒度标准要求。锻件经标准热处理后在704℃下进行高温拉伸性能检测，满足高温拉伸标准要求。

本发明进一步设置为：步骤S1中变形高温合金选用GH4169D合金，GH4169D合金棒料的化学成分如下：Zr：0.001～0.1 wt %，C：≤0.1 wt %，Cr：12～20 wt %，Mo：≤4 wt %，W：≤6wt %，Co：5～12wt %，Fe：≤14wt %，Nb：4～8wt %，Al：0.6～2.6wt %，Ti：0.4～1.4wt%，P：0.003～0.03wt %，B：0.003～0.015wt %，余量为Ni。

本发明进一步设置为：步骤S1中的GH4169D合金棒料加热前进行表面处理和喷涂玻璃润滑剂，步骤S3中镦头件加热前进行表面处理和浸涂玻璃润滑剂，步骤S4中预锻件加热前进行表面处理和喷涂玻璃润滑剂。

本发明进一步设置为：步骤S1和S4中喷涂玻璃润滑剂具体操作为：将棒料或预锻件放入烘箱中，加热温度为80～250℃，加热时间大于20min，然后从烘箱中取出棒料或预锻件喷涂玻璃润滑剂，得到涂层厚度为0.08～0.1mm的喷涂好玻璃润滑剂的棒料、涂层厚度为0.03～0.05mm的喷涂好玻璃润滑剂的预锻件。

本发明进一步设置为: 步骤S3中浸涂玻璃润滑剂具体操作为：将镦头件放入烘箱中，加热温度为50～200℃，加热时间为大于20min，然后从烘箱中取出镦头件，将其浸入玻璃润滑剂中涂覆，得到涂层厚度为0.04～0.06mm的涂覆好玻璃润滑剂的镦头件。

通过采用上述技术方案，本发明在整个工艺中三次涂覆玻璃润滑剂，不仅极大的减小了锻坯成型时的摩擦力，还可以起到的保温作用，降低模具对锻件的激冷作用，实现锻件质量。

本发明进一步设置为：步骤S1、S2和S3中，棒材、挤压件或镦头件从炉膛中取出放入挤压、镦头或预锻模具内的转移时间不超过17秒。

本发明进一步设置为：步骤S4中，预锻件从炉膛中取出放入终锻模具内的转移时间不超过15秒。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种变形高温合金叶片锻件，通过采用上述精锻方法精锻得到。

通过采用上述技术方案，通过本发明提供的精锻方法实现了GH4169D合金的精密锻造成形，且得到具有均匀的组织状态和良好的力学性能的叶片，能够满足航空发动机叶片形状尺寸和性能要求。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1. 本发明首次提出了基于一种新型镍基变形高温合金GH4169D材质的叶片锻件的精锻工艺，获得的叶片具有均匀的组织状态和良好的力学性能，能够满足航空发动机叶片形状尺寸和性能要求，打通了GH4169D合金叶片锻件的精锻工艺；

2. 本发明所述的精锻工艺，采用挤压+镦头+预锻+终锻的工艺，优化了锻造工艺。通过挤压、镦头制坯，为预锻过程均匀分配变形量，使叶根和缘板变形量均匀，提升预锻件组织的均匀性和稳定性，并提高材料利用率；

3. 本发明在预锻和精锻步骤中锻造温度和叶根叶身变形量等参数的控制，保证变形温度和变形量的合理搭配。通过挤压和镦头制坯，使预锻过程中变形量均匀分配。然后通过预锻工序，可以为终锻均匀分配变形量，避免在锻造过程中镍基高温合金材料因变形量不均匀而造成的组织不均匀而、出现粗晶和混晶，最终得到具有细小、均匀晶粒的优质锻件，金相组织满足设计要求，提高锻件成品的合格率；

4. 本发明利用新型镍基高温合金GH4169D合金通过本发明提供的锻造工艺锻造得到的叶片，经检测叶片锻件表面质量良好，外形完整，无裂纹、无折叠及拉伤痕等表面缺陷；经低倍组织检验，金属流线连续，未发现明显的穿流和严重涡流；经高倍组织和力学性能检测，满足标准要求；

附图说明

图1为本发明实施例1生产的精锻叶片锻件的叶身横向晶粒组织；

图2为本发明实施例1生产的精锻叶片锻件的叶根横向晶粒组织。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

目前，航空发动机叶片加工方法主要采用模锻成形或精锻成形的方法。普通模锻工艺，其叶片锻件还留有为了满足设计要求的机加余量，必须通过机加工去除，对于叶身型面来说，通过机加去除余量不仅加工困难，而且会破坏金属流线的连续性和成品叶片的表面完整性，进而降低成品叶片的力学性能。采用精锻工艺制造的叶片，流线沿锻件外形分布，锻件型面加工余量小或零余量，有效降低了叶片的机械加工成本，材料利用率高，减少了贵重高温合金材料的浪费，加工成成品后，叶身流线不受加工影响，流线的完整性比较好，同时，变形量分配均匀，可以获得均匀的晶粒，零件的整体机械性能良好。但是采用精锻加工成形叶片，需要采用更高精度的锻造设备、最佳的锻造工艺及锻造参数，并选择最优的变形工艺参数，以获得最优的机械性能及内部组织均匀的锻件，基于此，发明人经过大量试验提供一种基于新型镍基高温合金GH4169D合金锻造叶片的精锻方法，通过该精锻方法得到的叶片锻件不仅可以应用于航天发动机，也可以应用于燃气机轮或其它，该精锻方法包括以下步骤：

S1、挤压：将GH4169D合金棒料进行表面处理并喷涂玻璃润滑剂后加热，加热温度为950~1150℃，保温8~60min，然后挤压成型，得到挤压件，冷却，挤压比在2~12之间。其中GH4169D合金棒料的化学成分如下：Zr：0.001～0.1 wt %，C：≤0.1 wt %，Cr：12～20 wt %，Mo：≤4 wt %，W：≤6wt %，Co：5～12wt %，Fe：≤14wt %，Nb：4～8wt %，Al：0.6～2.6wt %，Ti：0.4～1.4wt %，P：0.003～0.03wt %，B：0.003～0.015wt %，余量为Ni；

上述表面处理选用钢砂抛丸工艺，对GH4169D合金棒料进行表面清洁，抛丸时间大于5min，去除在下料工序残留的切削冷却液及表面缺陷，为后道喷涂工序做表面准备；

喷涂玻璃润滑剂具体操作为：将表面处理后的棒料放入烘箱中，加热温度为80～250℃，加热时间大于20min，然后从烘箱中取出棒料喷涂玻璃润滑剂，得到涂层厚度为0.08～0.1mm的喷涂好玻璃润滑剂的合金棒料，检查棒料表面涂层均匀无缺陷，进行加热和挤压；

S2、镦头：将挤压件进行目视检查及抛修缺陷，然后回炉加热，加热温度为910~1060℃，加热时间为8~60min，然后打击镦头获得镦头件，冷却；

上述目视检查及抛修缺陷具体操作为：目视检查挤压件，要求挤压件杆部无裂纹、无螺旋、无折叠，允许挤压件头部有轻微反向毛刺，允许杆部有轻微拉伤，然后使用60或120目砂将毛刺和拉伤抛修去除，确保抛修位置圆滑连接；

S3、预锻：将镦头件进行表面处理和浸涂玻璃润滑剂后回炉加热，加热温度为910~1060℃，加热时间为6~60min，然后进行预锻，预锻时叶根变形量为10~50%，叶身截面变形量为30~80%；

上述表面处理采用钢砂抛丸工艺对步骤S2中得到的镦头件进行表面清洁，抛丸时间为大于10min，清除干净镦头件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

表面处理还包括目视检查及抛修缺陷、振动光饰以及腐蚀操作，然后再进行浸涂玻璃润滑剂操作，具体地，

目视检查及抛修缺陷：目视检查表面清理后的镦头件，要求镦头件杆部无裂纹、无螺旋、无折叠等缺陷，允许镦头件头部有轻微反向毛刺，允许杆部有轻微拉伤，然后使用60或120目砂带将毛刺和拉伤抛修去除，确保抛修位置圆滑连接；

振动光饰：选择陶瓷磨料介质和光饰液，陶瓷磨料介质和光饰液选择为本领域人员常规选择，光饰时间大于3h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

腐蚀：将振动光饰后的镦头件装入腐蚀槽用酸腐蚀镦头件表面，腐蚀时间和速率等严格按照腐蚀工艺进行腐蚀操作，腐蚀工艺为常规操作，为后续浸涂工艺做表面准备；

浸涂玻璃润滑剂，将腐蚀后的镦头件放入烘箱中，加热温度为50～200℃，加热时间为大于20min，然后从烘箱中取出镦头件，使用工具钳夹持挤压件全部浸入配制好的玻璃润滑剂溶液中，匀速转动，使玻璃润滑剂涂料均匀覆盖在挤压件表面，得到涂层厚度为0.04～0.06mm的涂覆好玻璃润滑剂的镦头件，检查镦头件表面涂层均匀无缺陷；

S4、终锻：将预锻件表面处理和喷涂玻璃润滑剂后回炉加热，加热温度为910~1060℃，加热时间为4~60min，然后进行终锻，终锻时叶根变形量为10~50%，叶身截面变形量为30~90%，得到GH4169D锻件，然后再对锻件进行表面清理、切边、振动光饰等表面处理手段得到GH4169D合金叶片。

上述表面处理采用钢砂抛丸工艺对步骤S3中得到的预锻件进行表面清洁，抛丸时间为大于10min，清除干净预锻件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

表面处理还包括目视检查及抛修缺陷、振动光饰以及腐蚀操作，然后再进行喷涂玻璃润滑剂操作，具体地，

目视检查及抛修缺陷：目视检查表面清理后的预锻件，要求预锻件叶身或内缘板面上无凹坑、无微裂纹、无折叠，允许预锻件型面及转接处有轻微拉伤，然后使用120目砂带将型面拉伤抛修去除，确保叶身和缘板圆滑过渡；

振动光饰：选择陶瓷磨料介质和光饰液，陶瓷磨料介质和光饰液选择为本领域人员常规选择，光饰时间大于3h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

腐蚀：将振动光饰后的预锻件装入腐蚀槽用酸腐蚀预锻件表面，腐蚀时间和速率等严格按照腐蚀工艺进行腐蚀操作，腐蚀工艺为常规操作，为后续喷涂工艺做表面准备；

喷涂玻璃润滑剂：将预锻件放入烘箱中，加热温度为80～250℃，加热时间大于20min，然后从烘箱中取出预锻件喷涂玻璃润滑剂，得到涂层厚度为0.03～0.05mm的喷涂好玻璃润滑剂的预锻件，检查预锻件表面涂层均匀无缺陷；

步骤S1、S2和S3中，棒材、挤压件或镦头件从炉膛中取出放入挤压、镦头或预锻模具内的转移时间不超过17秒；步骤S4中，预锻件从炉膛中取出放入终锻模具内的转移时间不超过15秒；

终锻后得到锻件进行表面清理、切边、腐蚀、振动光饰的具体操作为：表面清理：采用钢砂抛丸工艺对步骤S4中得到的终锻件进行表面清洁，抛丸时间大于10min，清除干净终锻件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

切边：将清理干净的终锻件按照终锻件切边工艺要求对终锻件进行切边操作，切边后叶身进排气边位置距成品叶片的余量为2mm~3mm，检查得到满足要求的切边后的终锻件；

腐蚀：将切边后的终锻件装入腐蚀槽用酸腐蚀终锻件表面，腐蚀时间和速率等严格按照腐蚀工艺进行腐蚀操作，腐蚀工艺为常规操作，为后续振动光饰工艺做表面准备；

振动光饰：选择陶瓷磨料介质和光饰液，陶瓷磨料介质和光饰液选择为本领域人员常规选择，光饰时间大于3h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

目视检查：检查振动光饰后的终锻件，要求终锻件叶身或内缘板面上不得有裂纹、折叠、划伤、刻磕伤、凹坑和麻点等目视缺陷，从缘板到叶身的圆弧转接必须平滑连接。

需要说明的是，上述步骤S1、S2、S3和S4中对于棒料或锻件表面处理是可以选用上述给出的钢砂抛丸工艺、抛修缺陷、腐蚀以及振动光饰等常见处理手段，也可以根据工况灵活选择其它处理手段。

实施例

实施例1

一种变形高温合金叶片锻件的精锻方法，包括以下步骤：

S1、挤压：选用经检验合格的镍基高温合金GH4169D合金棒料，将GH4169D合金棒料进行表面处理，具体为使用120目的钢砂介质进行抛丸工艺，抛丸时间为15min，对GH4169D合金棒料表面清洁；

然后将GH4169D合金棒料放入烘箱中，加热温度为120℃，加热时间为60min，然后从烘箱中取出棒料喷涂玻璃润滑剂，得到涂层厚度为0.09±0.01mm的喷涂玻璃润滑剂的棒料；

然后将合金棒料在加热炉中进行加热，加热温度为1060℃，保温15min，然后17秒内将加热炉中的合金棒料从加热炉中取出转移至螺旋压力机上，进行挤压成型，得到挤压件，冷却，挤压比为7；

S2、镦头：目视检查挤压件，要求挤压件杆部无裂纹、无螺旋、无折叠，允许挤压件头部有轻微反向毛刺，允许杆部有轻微拉伤，然后使用60目砂带将毛刺和拉伤抛修去除，确保抛修位置圆滑连接；

将挤压件回炉加热，加热温度为1030℃，加热时间为15min，然后17秒内从加热炉中快速取出挤压件至螺旋压力机打击镦头获得镦头件，冷却；

S3、预锻：将镦头件进行表面处理，具体为使用120目的钢砂介质对镦头件进行抛丸处理，抛丸时间为30min，对镦头件进行表面清理，清除干净镦头件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

然后再目视检查表面清理后的镦头件，要求镦头件杆部无裂纹、无螺旋、无折叠等缺陷，允许镦头件头部有轻微反向毛刺，允许杆部有轻微拉伤，然后使用120目砂带将毛刺和拉伤抛修去除，确保抛修位置圆滑连接；

再进行振动光饰对镦头件进行表面处理，光饰时间为6h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

将振动光饰后的镦头件装入腐蚀槽用酸腐蚀镦头件表面，腐蚀时间和速率等严格按照腐蚀工艺进行腐蚀操作，腐蚀工艺为常规操作，为后续浸涂工艺做表面准备；

将腐蚀后的镦头件浸涂玻璃润滑剂，具体操作为：将镦头件放入烘箱中，加热温度为120℃，加热时间为60min，然后从烘箱中取出镦头件，将其浸入玻璃润滑剂中涂覆，得到涂层厚度为0.05±0.01mm的涂覆好玻璃润滑剂的镦头件；

将浸涂玻璃润滑剂后的镦头件回炉加热，加热温度为1030℃，加热时间为12min，然后17秒内从加热炉中取出镦头件至螺旋压力机上，快速进行预锻成型获得预锻件，冷却，预锻时叶根变形量为30%，叶身截面变形量为50%；

S4、终锻：将预锻件表面处理，使用钢砂抛丸工艺清除干净镦头件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；然后目视检查及抛修缺陷，打磨时应圆滑过渡叶身和内缘板转接圆弧；然后再进行振动光饰和腐蚀对镦头件进行处理；

将表面处理后的预锻件喷涂玻璃润滑剂，具体操作为：将预锻件放入烘箱中，加热温度为120℃，加热时间为60min，然后从烘箱中取出预锻件喷涂玻璃润滑剂，得到涂层厚度为0.04±0.01mm的喷涂好玻璃润滑剂的预锻件；

将喷涂玻璃润滑剂后的预锻件回炉加热，加热温度为1030℃，加热时间为10min，然后15秒内从加热炉中取出预锻件至螺旋压力机上，迅速进行终锻得到GH4169D合金终锻件，冷却，终锻时叶根变形量为25%，叶身截面变形量为55%，然后再对锻件进行钢砂抛丸表面清理、切边、腐蚀、振动光饰和目视检查等手段得到GH4169D合金叶片。

实施例２

一种变形高温合金叶片锻件的精锻方法，按照实施例１中方法进行，不同之处在于：

S1、挤压：将棒料在加热炉中进行加热，加热温度为950℃，保温60min，然后17秒内将加热炉中的合金棒料从加热炉中取出转移至螺旋压力机上，进行挤压成型，挤压比为2；

S2、镦头：将挤压件回炉加热，加热温度为910℃，加热时间为60min，然后17秒内从加热炉中快速取出挤压件至螺旋压力机打击镦头获得镦头件，冷却；

S3、预锻：将镦头件回炉加热，加热温度为910℃，加热时间为60min，然后17秒内将加热炉中的镦头件取出转移至螺旋压力机上，快速进行预锻成型，冷却，得到预锻件，预锻时叶根变形量为10%，叶身截面变形量为30%；

S4、终锻：将预锻件回炉加热，加热温度为910℃，加热时间为60min，然后15秒内将加热炉中的预锻件取出转移至螺旋压力机上，迅速进行终锻成型，冷却，终锻时叶根变形量为10%，叶身截面变形量为30%，得到GH4169D锻件。

实施例３

一种变形高温合金叶片锻件及其精锻方法，按照实施例１中方法进行，不同之处在于：

S1、挤压：将棒料在加热炉中进行加热，加热温度为1150℃，保温8min，然后17秒内将加热炉中的合金棒料从加热炉中取出转移至螺旋压力机上，进行挤压成型，挤压比为12；

S2、镦头：将挤压件回炉加热，加热温度为1060℃，加热时间为8min，然后17秒内从加热炉中快速取出挤压件至螺旋压力机打击镦头获得镦头件，冷却；

S3、预锻：将镦头件回炉加热，加热温度为1060℃，加热时间为6min，然后17秒内将加热炉中的镦头件取出转移至螺旋压力机上，快速进行预锻成型，冷却，得到预锻件，预锻时叶根变形量为50%，叶身截面变形量为80%；

S4、终锻：将预锻件回炉加热，加热温度为1060℃，加热时间为4min，然后15秒内将加热炉中的预锻件取出转移至螺旋压力机上，迅速进行终锻成型，冷却，终锻时叶根变形量为50%，叶身截面变形量为90%，得到GH4169D锻件。

对比例

对比例1

一种变形高温合金叶片锻件及其精锻方法，按照实施例１中方法进行，不同之处在于，步骤S3预锻加热中镦头件装炉时炉温为890℃，保温时间为80min。

对比例2

一种变形高温合金叶片锻件及其精锻方法，按照实施例１中方法进行，不同之处在于，步骤S4终锻加热中预锻件装炉时炉温为1080℃，保温时间为2min。

性能检测

1、晶粒组织检测

采用实施例1-3中提供的方法分别成功生产200件基于GH4169D镍基高温合金叶片锻件，经100%目视检查，锻件表面质量良好、表面无裂纹、折叠等缺陷。

对实施例1中得到的叶片锻件随机抽取进行金相组织观察，高倍晶粒形貌见图1和图2，图1是叶身横向晶粒组织，晶粒度10级，且分布均匀，无明显细晶剪切带，图2是叶根横向晶粒组织，晶粒度7级。

2、力学性能检测

随机抽取实施例1-3中提供的方法生产的叶片锻件进行标准热处理后进行力学性能检测，按照GB/T 228.2-2015《金属材料高温拉伸试验方法》在高温（704℃）下进行拉伸试验检测，检测结果如下表1所示。

表1实施例叶片锻件高温拉伸性能

样品	抗拉强度（σ<sub>m</sub>）/Mpa	屈服强度（σ<sub>0 .2</sub>）/Mpa	延伸率（δ<sub>5</sub>）/%	断面收缩率（φ）%
					实施例1	1140	940	20	20
实施例2	1100	900	16	17
					实施例3	1080	850	13	15
对比例1	1060	830	12	14
					对比例2	1000	780	9	10

由上表1可以看出，本发明精锻工艺得到的叶片锻件在704℃高温拉伸性能达到以下级别：抗拉强度（σ_m）≥1080MPa，屈服强度（σ_{0 .2}）≥850MPa，且裕度较大，力学性能优良。此外，当锻造加热温度太低的时候，得到项链状组织或拉长晶组织，锻件叶片的强度和塑性均降低，不满足使用要求；当锻造温度太高的时候，得到粗晶组织，锻件叶片的强度和塑性显著降低，不满足使用要求。而且可以看出，采用本发明提供的技术方案，得到的合金锻件强度满足要求，且由于变形温度和变形量的合理选择搭配，得到具有均匀细小组织的锻件，通过细晶强化作用，使锻件强度增大的同时塑性也增大，满足产品使用要求。

综上，本发明利用新型镍基高温合金GH4169D合金通过本发明提供的锻造工艺锻造得到的叶片，经检测叶片锻件表面质量，外形完整，无裂纹、无折叠及拉伤痕等表面缺陷；经低倍组织检验，金属流线连续，未发现明显的穿流和严重涡流；经高倍组织检验，叶身和叶根晶粒度都满足标准要求；其叶型尺寸、表面完整性、金相组织完全满叶片设计要求，实现了GH4169D合金的精锻成形，且获得的锻件内部组织均匀，力学性能优良，满足叶片在650℃~750℃高温使用性能。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种变形高温合金叶片锻件的精锻方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、挤压：将GH4169D合金棒料进行表面处理和喷涂玻璃润滑剂后回炉加热，加热温度为1060℃，保温15min，然后挤压成型，得到挤压件，冷却，挤压比在2～12之间；

S2、镦头：将挤压件回炉加热，加热温度为1030℃，加热时间为15min，然后镦头成型获得镦头件，冷却；

S3、预锻：将镦头件进行表面处理和浸涂玻璃润滑剂后回炉加热，加热温度为1030℃，加热时间为12min，然后进行预锻，预锻时叶根变形量为30％，叶身截面变形量为50％；

S4、终锻：将预锻件进行表面处理和喷涂玻璃润滑剂后回炉加热，加热温度为1030℃，加热时间为10min，然后进行终锻，终锻时叶根变形量为25％，叶身截面变形量为55％，得到终锻件；

所述步骤S1和S4中喷涂玻璃润滑剂具体操作为：将合金棒料或预锻件放入烘箱中，加热温度为120℃，加热时间为60min，然后从烘箱中取出棒料或预锻件喷涂玻璃润滑剂，所述步骤S1得到涂层厚度为0.09±0.01mm的喷涂好玻璃润滑剂的棒料，所述步骤S4得到涂层厚度为0.04±0.01mm的喷涂好玻璃润滑剂的预锻件；

所述步骤S3中浸涂玻璃润滑剂具体操作为：将镦头件放入烘箱中，加热温度为120℃，加热时间为60min，然后从烘箱中取出镦头件，将其浸入玻璃润滑剂中涂覆，得到涂层厚度为0.05±0.01mm的涂覆好玻璃润滑剂的镦头件。

2.根据权利要求1所述的一种变形高温合金叶片锻件的精锻方法，其特征在于，所述GH4169D合金棒料的化学成分如下：Zr：0.001～0.1wt％，C：≤0.1wt％，Cr：12～20wt％，Mo：≤4wt％，W：≤6wt％，Co：5～12wt％，Fe：≤14wt％，Nb：4～8wt％，Al：0.6～2.6wt％，Ti：0.4～1.4wt％，P：0.003～0.03wt％，B：0.003～0.015wt％，余量为Ni。

3.根据权利要求1所述的一种变形高温合金叶片锻件的精锻方法，其特征在于，步骤S1、S2和S3中，棒材、挤压件或镦头件从炉膛中取出放入挤压、镦头或预锻模具内的转移时间不超过17秒。

4.根据权利要求1所述的一种变形高温合金叶片锻件的精锻方法，其特征在于，步骤S4中，预锻件从炉膛中取出放入终锻模具内的转移时间不超过15秒。

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