一種快徑鍛聯(lián)合生產(chǎn)高溫合金GH4169細(xì)晶棒材制造方法與流程

本發(fā)明屬于金屬材料制造領(lǐng)域，涉及一種快鍛機(jī)+徑鍛機(jī)聯(lián)合生產(chǎn)高溫合金GH4169細(xì)晶棒材的制造方法，獲得等軸細(xì)晶組織。

背景技術(shù)：

GH4169合金是一種沉淀強(qiáng)化型的鎳-鉻-鐵基高溫合金，因其在-253℃～650℃之間具有高的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和塑性，同時具有良好的抗腐蝕、抗輻照及焊接性能而成為航空航天發(fā)動機(jī)渦輪盤和軸的首選材料。該材料加工的特點(diǎn)是材料對熱加工工藝參數(shù)，如加熱溫度、保溫時間、開鍛溫度、終鍛溫度、變形量，變形速率等非常敏感，獲得外緣至心部組織均勻的細(xì)晶鍛制棒材，特別是獲得完全再結(jié)晶的棒材外緣組織特別困難。按照快鍛機(jī)直接成材的傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的GH4169合金棒材，存在加熱和回爐再燒溫度高，微觀組織在每火次之間累積細(xì)化效果差，成品材組織粗大；棒材外緣組織變形程度差，鍛造節(jié)奏慢，終鍛溫度低，棒材外緣組織動態(tài)再結(jié)晶程度低，隨鍛造規(guī)格的不同在0～30mm范圍內(nèi)依次是黑晶、項(xiàng)鏈晶和混晶組織(分別如圖1、圖2和圖3所示)，這一組織若控制不當(dāng)會遺留至成品鍛件而產(chǎn)生廢品；同時，近些年來，隨著我國高質(zhì)量、高可靠性、長壽命航空航天發(fā)動機(jī)的研發(fā)，對發(fā)動機(jī)渦輪盤及軸用GH4169合金鍛制棒材的微觀組織控制提出了更高的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開一種快徑鍛聯(lián)合生產(chǎn)高溫合金GH4169細(xì)晶棒材制造方法，目的是為生產(chǎn)Φ150mm～Φ280mm規(guī)格的GH4169合金棒材外緣組織獲得完全再結(jié)晶的等軸晶組織，棒材外緣至心部晶粒度等級達(dá)到6級或更好水平。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

利用快鍛機(jī)對合金錠進(jìn)行反復(fù)鐓拔，每火次鐓粗變形量25％～35％；逐火次降溫開坯，降溫梯度為1110℃±10℃→1100℃±10℃→1080℃±20℃→1040℃±20℃；末火次加熱溫度控制在1020℃～1060℃，末火次變形量不小于30％；快鍛開坯后直接轉(zhuǎn)移至徑鍛機(jī)工序；徑鍛前坯料加熱溫度990℃～1020℃，保溫40min～120min，在徑鍛機(jī)一火次鍛至成品棒材規(guī)格，終鍛溫度不低于950℃，徑鍛后水冷至室溫。

快鍛工藝是利用逐火次降溫生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)微觀組織的逐火次細(xì)化，每火次加熱溫度的選擇原則是在保證塑性的前提下，使微觀組織在前一火次產(chǎn)生的未再結(jié)晶組織能夠完成靜態(tài)再結(jié)晶，并且組織長大程度可控，關(guān)鍵工藝為末火次加熱溫度1020℃～1060℃，末火次變形量不小于30％；徑鍛工藝為保證棒材外緣能夠完成動態(tài)再結(jié)晶，以獲得棒材外緣至中心完全再結(jié)晶的等軸細(xì)晶組織，關(guān)鍵工藝為徑鍛前坯料加熱溫度990℃～1020℃，終鍛溫度不低于950℃。

與傳統(tǒng)的快鍛機(jī)直接成材的鍛造工藝相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：

⑴棒材的微觀組織均勻性顯著提高，棒材外緣黑晶，項(xiàng)鏈晶和混晶組織消除，棒材外緣至中心為完全再結(jié)晶的等軸晶組織，晶粒度可以達(dá)到6級或更高等級；

⑵棒材頭尾組織均勻、一致；

⑶棒材批產(chǎn)穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為GH4169黑晶組織；

圖2為GH4169項(xiàng)鏈晶組織；

圖3為GH4169混晶組織；

圖4為Φ150mm規(guī)格GH4169合金棒材橫向低倍組織金相組織照片；

圖5為Φ150mm規(guī)格GH4169合金棒材縱向低倍組織金相組織照片；

圖6為Φ150mm規(guī)格GH4169合金棒材外緣金相組織照片(×100)；

圖7為Φ150mm規(guī)格GH4169合金棒材R/2位置金相組織照片(×100)；

圖8為Φ150mm規(guī)格GH4169合金棒材中心位置金相組織照片(×100)；

圖9為Φ280mm規(guī)格GH4169合金棒材橫向低倍組織金相組織照片；

圖10為Φ280mm規(guī)格GH4169合金棒材縱向低倍組織金相組織照片；

圖11為Φ280mm規(guī)格GH4169合金棒材外緣金相組織照片(×100)；

圖12為Φ280mm規(guī)格GH4169合金棒材R/2位置金相組織照片(×100)；

圖13為Φ280mm規(guī)格GH4169合金棒材中心位置金相組織照片×100)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施案例詳述本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于下述實(shí)施案例。

實(shí)施例1、實(shí)施例2共同執(zhí)行工藝：

⑴快鍛機(jī)開坯工藝(見表1)：

利用快鍛機(jī)對合金錠進(jìn)行反復(fù)鐓拔，逐火次降溫開坯，降溫梯度為1110℃±10℃→1100℃±10℃，每火次鐓粗變形量30％；1080℃±20℃→1040℃±20℃，拔長；快鍛開坯后直接轉(zhuǎn)移至徑鍛機(jī)工序。

實(shí)施例1

合金錠錠型：Φ508mm，鍛造規(guī)格：Φ165mm，經(jīng)車光去除表面黑皮至成品材規(guī)格：Φ150mm；

⑵徑鍛機(jī)鍛造工藝

快鍛開坯后，轉(zhuǎn)移至徑鍛機(jī)工序，徑鍛前回爐再燒溫度為1020℃，保溫90min，徑鍛機(jī)一火次鍛造至Φ165mm，終鍛溫度980℃，徑鍛后水冷至室溫。

⑶組織檢驗(yàn)

橫向低倍組織如圖4所示；

縱向低倍組織如圖5所示；

棒材外緣位置顯微組織如圖6所示；

棒材R/2位置顯微組織如圖7所示；

棒材中心位置顯微組織如圖8所示；

棒材外緣晶粒度為8級，R/2和中心位置晶粒度為6級。

實(shí)施例2

合金錠錠型：Φ508mm，鍛造規(guī)格：Φ295mm，成品材規(guī)格：Φ280mm；

⑵徑鍛機(jī)鍛造工藝

合金錠錠型：Φ508mm，鍛造規(guī)格：Φ295mm，經(jīng)車光去除表面黑皮至成品材規(guī)格：Φ280mm；

⑵徑鍛機(jī)鍛造工藝

快鍛開坯后，轉(zhuǎn)移至徑鍛機(jī)工序，徑鍛前回爐再燒溫度為1020℃，保溫120min，徑鍛機(jī)一火次鍛造至Φ295mm，終鍛溫度950℃，徑鍛后水冷至室溫。

⑶組織檢驗(yàn)

橫向低倍組織如圖9所示；

縱向低倍組織如圖10所示；

棒材外緣位置顯微組織如圖11所示；

棒材R/2位置顯微組織如圖12所示；

棒材中心位置顯微組織如圖13所示；

棒材外緣晶粒度為8級，R/2和中心位置晶粒度為6級。

表1快鍛機(jī)開坯工藝圖表