鍛造工藝對GH2909合金大規格棒材組織與性能的影響
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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GH2909合金是先進航空發動機實現間隙控制技術的重要工程材料，主要用于制造第四代發動機的渦輪中層機匣、承力環和蜂窩支撐環等間隙控制零件，以減少漏氣損失、提高效率、降低耗油率。GH2909是在GH2907合金基礎上提高了Si含量，調整了熱處理工藝而發展起來的。GH2909是Fe-Ni-Co基時效硬化新型低膨脹高溫合金，在650℃以下具有高的強度和塑性、低的熱膨脹系數、幾乎恒定的彈性模量以及良好的抗氧化和冷熱疲勞等綜合力學性能，可減少轉動部件與靜止部件之間的間隙，實現間隙控制，節約能源，降低消耗，提高發動機推力，是航空和航天發動機用的理想高溫合金材料，因而在飛機發動機中得到了廣泛應用。
多年來由于鍛造設備條件的限制：僅有2000噸快鍛壓機，因而大規格高溫合金鍛棒生產是某公司高溫合金發展的短板。GH2909合金大規格棒材的主要問題是：（1）組織粗大、不均勻，進而導致超聲波探傷雜波高，甚至底波衰減嚴重；（2）性能檢測數據波動大。隨著鍛造設備條件的改善：4500噸快鍛壓機和1800噸精鍛機的投產，并為改善和提高GH2909合金大規格鍛材質量，開展了鍛造工藝對GH2909合金大規格棒材組織與性能的影響研究。
GH2909合金冶煉工藝路線為真空感應+真空電弧重熔，將Φ440mm電極真空電弧重熔成Φ508mm鋼錠，鋼錠經均勻化熱處理后，鍛造生產大規格高溫合金鍛材。
開坯鍛造采用逐級降溫大變形鍛造工藝，每火次變形量均在30%以上；末火鍛造加熱溫度：1000℃；大部分變形溫度：≤955℃，終鍛溫度：≥870℃；并分別采用三種鍛造方法：（1）2000噸快鍛壓機整支鋼錠直接拔長+中切分段+分別一火鍛造成材；（2）整支鋼錠4500噸快鍛壓機兩鐓兩拔+中切分段+分別一火1800噸精鍛機成材；（3）4500噸快鍛壓機整支拔長+兩端打鉗口+中切分段+采用漏盤分別兩鐓兩拔+1800噸一火精鍛機成材；然后，在棒材上分別取中心、1/2R和邊緣組織和橫向性能試樣，采用光學顯微鏡觀察顯微組織和檢測力學性能，成品車光后超聲波探傷檢測。試驗結果表明：
（1）2000噸快鍛壓機設備噸位局限明顯。
（2）方法2鍛后棒材橫截面上中心、1/2R存在少量混晶組織，邊緣晶粒達到8級，組織均勻細小。
（3）方法3鍛后棒材橫截面上中心、1/2R、邊緣組織均勻，各部位晶粒較為一致，晶粒度在6級左右。方法3比方法1室溫拉伸屈服強度和抗拉強度均增加70MPa以上，室溫拉伸塑性也增加明顯，達3%以上；高溫拉伸屈服強度和抗拉強度均增加20MPa 以上，高溫拉伸塑性有所降低；持久壽命降低，持久塑性相當。方法3與方法2各項性能檢測結果相當。
因此，方法3，即采用4500噸壓機整支拔長+兩端打鉗口+中切分段+采用漏盤分別兩鐓兩拔+1800噸一火精鍛機成材，可使GH2909合金大規格棒材組織均勻細小，獲得滿足標準指標要求的良好的綜合性能。