专利名称：变形高温合金低倍粗晶粒的预防方法
技术领域：
本发明属于变形高温合金领域，特别是可以保证低倍粗晶不合格的热变形工件达到合格水平(单个低倍晶粒＜1.0mm)的变形高温合金低倍粗晶粒的预防方法，适用于航空、航天发动机、民用耐高温部件的制作。
背景技术：
变形高温合金，用作航空、航天发动机、民用耐高温部件。变形高温合金以铁、镍、钴为基体金属，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。高温合金具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性、塑性等综合性能。高温合金为单一奥氏体基体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用的可靠性。
变形高温合金制件的低倍粗晶是一种严重的质量缺陷，它不仅严重降低合金的机械性能，严重降低零、部件的使用寿命，也是不可预料事故的原因之一。技术标准对变形高温合金的低倍粗晶粒尺寸有严格要求(单个低倍晶粒≤1.5mm)，一旦超过标准尺寸，材料必须报废。变形高温合金产生低倍粗晶是很复杂的技术难题，也是高温合金制件报废比例最大的一种塑性变形缺陷。
变形高温合金的低倍粗晶倾向性是不同的，有些高温合金，使用现有变形工艺，事实上不产生低倍粗晶；有些高温合金的低倍粗晶倾向很严重，使用现行生产工艺很容易产生严重低倍粗晶，例如GH36、GH4133、GH4698、GH4617合金等。经过数十年的研究与实践指出，使用现有工艺进行变形的变形高温合金低倍粗晶有三种类型第一，各类变形高温合金大锻件(＞1000×300mm)，因变形量差异，在累计小变形区产生的残余铸造组织。它是变形工件内的不完全再结晶区域；第二，工件有效累计变形未超过合金临界变形(＜10％)的区域，仍保留变形加热的大晶粒；第三，合金集聚大变形(ε＞60％)区产生的大尺寸再结晶晶粒(＞1.5mm)。
现有生产工艺不能有效预防变形高温合金低倍粗晶的主要原因是由于目前国内使用的高温变形设备是普通压力机和锻锤，不能对变形温度范围、变形量和变形速度进行有效控制，而这三个参数对预防低倍粗晶是非常重要的；锻造变形只考虑锻件形状和尺寸要求，并不考虑锻件具体部位的变形对低倍粗晶的影响；锻造加热温度一般选用手册数据，至多考虑合金的变形抗力和塑性值，并不考虑对低倍粗晶的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可克服以上技术的不足，可使锻件低倍粗晶粒达到标准要求的变形高温合金低倍粗晶粒的预防方法。
为达到以上目的，本发明所采用的技术方案是该变形高温合金低倍粗晶粒的预防方法，其特征在于它有两套措施，第一套是锻造工艺预防低倍粗晶措施，第二套是预备热处理预防低倍粗晶措施，当使用第一套措施不能完全奏效或产生意外时，采用第二套措施。本发明还通过如下措施实施按照变形高温合金低倍粗晶的三种类型，本发明所述的锻造工艺预防措施为(1)在预防高温合金大锻件的残余铸造组织和小变形区低倍粗晶时，其要点是a严格掌握单火次的有效变形量大于锻件最小变形部位产生再结晶的变形量变形高温合金大锻件(＞Φ1000×300mm)的残余铸造组织和一般锻件小变形区产生低倍粗晶并不决定于总锻压比，而是决定于单火次的有效变形量。也就是说，单火次的有效变形量必须大于锻件最小变形部位产生再结晶的变形量。(大锻件最小变形部位产生再结晶的变形量ε＝10％)。
b具体方法是采用DEFORM2D商业模拟软件进行计算机模拟其作法是按DEFORM2D软件要求，输入原材料和锻件的形状、尺寸，输入材料的各项性能参数，确定高温合金锻件最小变形部位的变形量ε＞10％的锻压设备和锻造方法。
(2)在预防锻件剧烈变形部位低倍粗晶时，必须严格掌握锻造加热温度低于1160℃。
尤其是变形高温合金的模锻变形，局部剧烈变形是不可避免的。因此，这类低倍粗晶的预防措施是非常重要的。每一种变形高温合金，都有一个锻造加热温度坎，一般是1160℃。锻造加热超过这个温度，锻造剧烈变形部位(ε＞60％)就要产生低倍粗晶；锻造加热低于这个温度，剧烈变形部位不仅不产生低倍粗晶，而且低倍晶粒非常细小。所以，锻件剧烈变形部位低倍粗晶预防工艺的关键环节是锻造加热温度低于1160℃；所述的预备热处理预防低倍粗晶措施主要是对没有进行标准热处理的锻造工件进行超高温、超短时预加热后空冷，一般地说，超高温加热温度超过现有标准热处理固溶加热温度30～40℃，本发明例举的高温合金一般采用1120～1220℃，预加热时间为5～30min，冷却方式为空冷。
预备热处理预防低倍粗晶工艺要求很严格，还要增加锻件制造成本，因此，只有在标准热处理后，低倍粗晶报废比率较大的情况下，方可使用。
执行这个工艺有两个最大难点第一，超高温预热时间只有5～30min，锻件根本不可能达到均热，也不可能达到预防低倍粗晶效果；第二，增加超高温预热后，部分合金机械性能发生变化，达不到标准要求。解决第一个难题的工艺措施是在进行实际锻件预备热处理时，采取快速升温方式直接升温到预备热处理温度，根据不同材质，升温速度采用9～15℃/h·mm。解决第二个难题的工艺措施是对GH36合金不用采取额外措施，对GH4133、GH4698合金锻件，在预备热处理后，应将标准热处理固溶加热后空冷改为水冷。
本发明的有益效果在于与目前使用的工艺方法相比，采用本发明制定的生产工艺可以使变形高温合金制件的低倍粗晶达到合格水平，而且无需专用设备投资，不提高生产成本，可广泛用于普通高温合金的液压和锤锻变形。
具体实施例实施例1某飞机发动机GH36合金一级涡轮盘和承力环模锻件，生产近30年来，低倍粗晶废品率平均＞10％，采用本发明的第一套锻造工艺预防低倍粗晶措施，即用DEFORM2D商业模拟软件进行计算机模拟，输入材料的各项性能指标，确定高温合金锻件最小变形部位的变形量ε＝10％，控制单火次的有效变形量大于锻件最小变形部位产生再结晶的变形量ε＞10％，生产出的产品经测定，低倍粗晶废品率接近于0％。
实施例2某飞机发动机GH4133A发动机涡轮模锻件，在生产中曾产生大比例低倍粗晶报废件，在试制精化模锻件时，也产生过严重低倍粗晶。采用本发明的锻造工艺预防低倍粗晶措施，其步骤同实施例1，在经预备热处理预防措施后，再对没有进行标准热处理的锻造工件进行超高温、超短时预加热后空冷，超高温加热温度超过现行热处理固溶加热温度1120-1220的30-40℃，预热25min，进行空冷，使模锻件低倍粗晶完全杜绝。
实施例3在以往试制某飞机发动机GH698合金涡轮模锻件的时候(没有正式生产)，或目前正在试制的GH698合金舰用涡轮模锻件的时候，都不同程度地产生低倍粗晶。采用本发明中同实施例2的工艺，只是在预备热处理工艺中，将空冷改为水冷，使低倍粗晶完全达到合格水平。
权利要求
1.一种变形高温合金低倍粗晶粒的预防方法，其特征在于它有两套措施，第一套是锻造工艺预防低倍粗晶措施，第二套是预备热处理预防低倍粗晶措施，当使用第一套措施不能完全奏效或产生意外时，采用第二套措施。
2.根据权利要求1所述的一种变形高温合金低倍粗晶粒的预防方法，其特征在于按照变形高温合金低倍粗晶的三种类型，所述的锻造工艺预防低倍粗晶措施为(1)在预防高温合金大锻件的残余铸造组织和小变形区低倍粗晶时，其要点是a严格掌握单火次的有效变形量大于锻件最小变形部位产生再结晶的变形量。(大锻件最小变形部位产生再结晶的变形量ε＝10％)b具体方法是采用DEFORM2D商业模拟软件进行计算机模拟其作法是按DEFORM2D软件要求，输入原材料和锻件的形状、尺寸，输入材料的各项性能参数，确定高温合金锻件最小变形部位的变形量ε＞10％的锻压设备和锻压方法。(2)在预防锻件剧烈变形部位低倍粗晶时，必须严格掌握锻造加热温度低于1160℃。
3.根据权利要求1所述的变形高温合金低倍粗晶粒的预防方法，其特征在于预备热处理预防低倍粗晶措施，主要是对没有进行标准热处理的锻造工件进行超高温、超短时预加热后空冷，一般地说，超高温加热温度超过现有标准热处理固溶加热温度30～40℃，预加热时间为5～30min，冷却方式为空冷。
4.根据权利要求1或3所述的变形高温合金低倍粗晶粒的预防方法，其特征在于在进行实际锻件预备热处理时，采取快速升温方式直接升温到预备热处理温度，根据不同材质，升温速度采用9～15℃/h·mm；对GH36合金不用采取额外措施，对GH4133、GH4698合金锻件，在预备热处理后，应将标准热处理固溶加热后空冷改为水冷。
全文摘要
本发明公开了一种变形高温合金低倍粗晶粒的预防方法，它包括两套措施，第一套是锻造工艺预防措施，主要是用DEFORM2D商业模拟软件进行计算机模拟，确定高温合金锻件最小变形部位的变形量，并严格控制单火次有效变形部位产生再结晶的变形量。第二套是预备热处理预防措施，主要是严格掌握锻造加热温度低于1160℃，当使用第一套措施不能完全奏效或产生意外时，采用第二套措施。采用本发明制定的生产工艺可以使变形高温合金制件的低倍粗晶达到合格水平，而且无需专用设备投资，不提高生产成本，可广泛用于普通高温合金的液压和锤锻变形。
文档编号C22C38/00GK1804056SQ20051004232
公开日2006年7月19日 申请日期2005年1月12日 优先权日2005年1月12日
发明者高振民, 陈培敦, 吕学星, 刘公安, 曹旭东, 刘祥银, 谷国华, 李锋, 王振国, 王俊海, 王宏霞, 徐莉莉 申请人:山东泰山钢铁有限公司