胡維賢

(陜西宏遠航空鍛造有限責任公司， 陜西713801)

GH4169高溫合金在-253～700℃的溫度范圍內(nèi)具有良好的綜合性能，在高溫氧化和燃氣腐蝕條件下，能夠承受復(fù)雜應(yīng)力，并長期可靠的工作。該合金可廣泛應(yīng)用于制造航空和航天發(fā)動機中的各種靜止件和轉(zhuǎn)動件，如渦輪盤件、環(huán)件、機匣、葉片和緊固件等，以及核能工業(yè)應(yīng)用的各種彈性元件和格架，石油、化工領(lǐng)域應(yīng)用的零件和其他零件等。

1 渦輪盤鍛件的形狀尺寸及主要技術(shù)指標要求

1.1 渦輪盤鍛件的形狀尺寸要求

如圖1所示，本文選取一典型渦輪盤鍛件作為研究對象，鍛件的最大外形尺寸為?630 mm×140 mm。

圖1 渦輪盤鍛件簡圖Figure 1 The schematic drawing of turbine disk forging

1.2 渦輪盤鍛件的主要技術(shù)指標要求

(1)低倍：從鍛件上切取的縱向低倍試樣，不

應(yīng)有目視可見的疏松、針孔、裂紋、縮孔、偏析、夾雜等冶金缺陷。

(2)高倍：從鍛件試驗件上切取試樣測定晶粒度，平均晶粒度應(yīng)為10級或更細。

(3)力學(xué)性能：渦輪盤鍛件的力學(xué)性能主要技術(shù)指標要求見表1。

2 鍛造成形工藝方案分析

2.1 渦輪盤的組織和性能要求分析

從上述渦輪盤的形狀尺寸及主要技術(shù)指標要求可以看出，該鍛件屬于大型渦輪盤鍛件，鍛件的晶粒度要求細小，且性能要求高。由于高溫合金的晶粒大小和力學(xué)性能對鍛造條件的變化極其敏感，因而鍛件的生產(chǎn)技術(shù)方案和過程控制難度較大。GH4169高溫合金的使用性能與晶粒大小及均勻性關(guān)系密切，而渦輪盤鍛件則要求具有較細小且均勻的晶粒，這樣有利于提高疲勞性能。若晶粒粗大，特別是晶粒的大小不均勻，將使合金的疲勞和持久性能均明顯下降，并且使缺口持久性能更加敏感。因而為獲得適當?shù)木Я３叽?，主要靠嚴格控制鍛造工藝來達到要求。其次，鍛件用原材料的平均晶粒度應(yīng)為4級以上，在鍛造前應(yīng)加強原材料質(zhì)量檢驗，不合格材料不應(yīng)投入生產(chǎn)。另外，在熱處理制度方面，應(yīng)采用直接時效熱處理制度對渦輪盤鍛件進行熱處理，以使得鍛件具有較高的強度。

2.2 渦輪盤鍛件的成形工藝分析

表1 渦輪盤的力學(xué)性能主要技術(shù)指標要求Table 1 The main mechanical properties requirements of turbine disk

表2 渦輪盤鍛件的力學(xué)性能檢測結(jié)果Table 2 The mechanical properties test results of turbine disk forging

由于該鍛件的外形尺寸較大，為保證鍛件的組織和性能滿足標準要求，必須確定合適的鍛造工藝參數(shù)。坯料的鍛造加熱溫度不易過高，應(yīng)選擇在970～1 020℃范圍。預(yù)制坯尺寸要給最終模鍛成形留有足夠大的變形程度，選定坯料的高度尺寸為155 mm。適當增加餅坯高度，可增大鍛件的變形量，有效改善鍛件的組織狀況，達到晶粒細化的目的。

3 鍛造成形模擬分析

利用計算機軟件對鍛造成形進行模擬，鍛件的最終成形如圖2所示。從模擬圖可以看出，鍛件完全充滿，成形情況良好。

4 渦輪盤鍛件的理化檢測結(jié)果

根據(jù)生產(chǎn)試制情況，我們對試制的渦輪盤鍛件解剖了1件進行理化測試，檢測結(jié)果如下：

(1)低倍組織正常，未見冶金缺陷。

(2)按金屬平均晶粒度測定方法，檢測渦輪盤鍛件的晶粒度為10級，如圖3所示。

(3)渦輪盤鍛件的力學(xué)性能檢測結(jié)果見表2。

圖2 鍛造成形模擬圖Figure 2 The simulation drawing of forging forming

圖3 渦輪盤晶粒度(×100)Figure 3 The grain size of turbine disk(×100)

5 結(jié)論

通過對GH4169渦輪盤鍛件的成形工藝進行分析和計算機模擬，確定了生產(chǎn)工藝并進行了試制。鍛件的理化檢測結(jié)果表明，所制定的鍛造成形工藝方案是可行的，能夠生產(chǎn)出滿足力學(xué)性能和金相組織要求的鍛件。

[1] 中國航空材料手冊編輯委員會. 中國航空材料手冊 第2卷 變形高溫合金、鑄造高溫合金. 第2版[M]. 北京：中國標準出版社，2002.

[2] 陳詩蓀. 合金鋼鍛造[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1984.

[3] 郭鴻鎮(zhèn). 合金鋼與有色合金鍛造[M]. 西安: 西北工業(yè)大學(xué)出版社, 2009.

[4] 楊振恒. 鍛造工藝學(xué)[M]. 西安: 西北工業(yè)大學(xué)出版社, 1986.

[5] 莊景云，杜金輝，鄧群，等. 變形高溫合金GH4169[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2006.

[6] 羅恒軍，謝靜，齊占福，等. GH4169渦輪盤晶粒度控制技術(shù)研究[J].大型鑄鍛件，2012，(2)：17-19.