航空发动机所用变形高温合金均为昂贵的难变形材料,其组织和性能对热加工条件十分敏感。GH141合金为沉淀硬化型镍基变形合金,多用于航空发动机的导向叶片、加力燃烧室及结构件等,在800~850℃工作条件下,具有较高的抗拉强度、屈服强度、优良的抗氧化性、抗腐蚀性能和持久寿命。选择合理的热加工工艺能使合金获得满意的组织,从而影响合金性能。如果热加工工艺不恰当,一旦产生异常的合金组织(用热处理方法往往无法使其改变),将严重影响合金性能,甚至导致事故的突然发生。根据合金的相析出规律,恰当地选择热加工参数,控制合金的组织结构,这是确定热加工工艺的基本原则。由于GH141合金的合金化程度较高,变形抗力大,属难变形合金,因此合金热加工塑性较差,锻造成型困难。美国加工该合金是采用挤压成型工艺,热加工是在温度低于γ‘相固溶温度的等温条件下进行的。我国由于受设备条件的限制,只能采用多火快锻,表面易出裂纹,成材率低。针对这些问题, 研究 人员从高温拉伸试验、热顶锻落锤试验、M6C相析出规律以及高温扩散退火试验等方面进行了 研究 ,给出了最佳的热加工工艺参数。
试验材料系真空感应+电渣冶炼工艺,生产工艺为电渣锭(Φ300mm)→锻造开坯(Φ160mm)→轧制Φ22mm棒材,GH141合金化学成分(质量分数,%)为0.088C、0.08Si、0.03Mn、18.5Cr、10.92Co、9.74Mo、1.52Al、2.38Ti、0.007B、0.28Fe、0.002P、0.002S,Ni余量。将Φ22mm棒材经标准热处理制度1065℃×4h,Ac+760℃×16h,Ac处理后加工成标准拉伸试样进行高温拉伸试验。顶锻变形试验在300kg落锤上进行,不同的变形量用不断调整锤头下落高度来获得,试验温度为900、950、1000、1050、1100、1150、1170、1200℃。顶锻后的试样经表面碱、酸洗后于1/2处沿轴线切开,一半不经热处理,做金相观察,另一半按该合金技术条件所规定的标准热处理规范进行热处理,而后测定晶粒尺寸,并采用金相和扫描电镜 分析 相结合的方法观察再结晶组织。
GH141合金在1000~1150℃范围内加热具有良好的热加工塑性,在冲击力作用下,一次允许最大变形量为81.8%。
合金开始再结晶的温度为1000℃,临界变形量是在5%~10%左右,随着热加工变形量的增加,晶粒趋于细化,在1100~1150℃下变形,变形量适当可获得细小均匀的组。
合金的最佳热加工塑性为1100℃,但考虑到生产中的脆性相M6C的溶解度(1150℃),实际生产中给出的加热温度为1170℃,使M6C相在加热过程中全部回溶,开锻温度≥1100℃,停锻温度≥1000℃。
钢锭在锻造前应先进行高温扩散退火处理,以消除钢锭中的枝晶偏析、成分偏析、缩小碳化物颗粒尺寸。扩散退火温度为(1180±10)℃,保温时间大于10h。
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