王周田 唐 超 李松林 張 鵬 李 軻

(1.中國第二重型機(jī)械集團(tuán)德陽萬航模鍛有限責(zé)任公司，四川618000；2.重慶大學(xué)材料學(xué)院，重慶400044；3.鋼鐵研究總院高溫材料研究所，北京100081)

在之前的研究中[1]初步確定了GH4720Li盤前封嚴(yán)環(huán)的鍛造工藝參數(shù)及工藝流程，并得到了符合要求的零件。但由于該工藝材料利用率很低，且鍛件晶粒度的均勻性較差，因此，需要對工藝參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究。

1 鍛造溫度優(yōu)化

GH4720Li盤前封嚴(yán)環(huán)鍛件對應(yīng)零件位置晶粒度偏粗，可能是由于鍛造過程中該區(qū)域溫升較大造成的，需適當(dāng)降低模鍛溫度。由于鍛造溫度會影響鍛件性能，因此，分別采用1100℃、1120℃、1140℃模鍛溫度對盤前封嚴(yán)環(huán)進(jìn)行鍛造生產(chǎn)，在1080～1120℃下固溶熱處理后，測試鍛件力學(xué)性能，研究鍛造溫度對盤前封嚴(yán)環(huán)鍛件性能的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 鍛造溫度對盤前封嚴(yán)環(huán)性能的影響Figure 1 Influence of forging temperature to property of sealing ring in front of disc

為保證盤前封嚴(yán)環(huán)鍛件在不同溫度下的力學(xué)及持久性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，同時盡可能降低鍛造溫度，提高鍛件晶粒度的均勻性，最終將模鍛溫度優(yōu)化為1110℃。

2 鍛件投料優(yōu)化

優(yōu)化前盤前封嚴(yán)環(huán)鍛件解剖結(jié)果如圖2所示。分析發(fā)現(xiàn)采用該工藝制備的鍛件低倍組均勻，流線分布較好，如圖2(a)所示；但距離鍛件外緣不超過10 mm的區(qū)域有冷?；蛐∽冃螀^(qū)組織，晶粒度相對本體有較大差異，如圖2(b)所示，以此為依據(jù)制定了減料實驗。

在保證成形和足夠加工余量的基礎(chǔ)上，設(shè)計了料重41.2 kg、45.6 kg、50.5 kg、55.7 kg四個投料重量梯度，原材料節(jié)省率從41.1%到20.4%不等，實物如圖3所示，對相應(yīng)坯料進(jìn)行編號，其對應(yīng)鍛件指定高度見表1。

表1 鍛件指定處高度Table 1 Height specified at forgings

隨后采用相同鍛造工藝參數(shù)制備了該四件盤鍛件，最后對其進(jìn)行解剖分析，如圖4所示。其中藍(lán)色虛線為交付尺寸，黃色虛線為交付尺寸單邊加5 mm，紅色虛線為交付尺寸單邊加7 mm。對比不同投料重量的GH4720Li盤間封嚴(yán)環(huán)低倍與冷加工尺寸的關(guān)系，從圖中對比可以看出，對于節(jié)號1，鍛件沒有充滿型腔，不能滿足交付尺寸單邊+7 mm的要求，剛剛滿足交付尺寸單邊+5 mm的最低要求。投料45.6 kg的節(jié)號2鍛件，型腔充滿，剛剛滿足交付尺寸單邊+7 mm的要求，產(chǎn)品成形有一定風(fēng)險。投料50.5 kg的節(jié)號3鍛件，型腔充滿，滿足交付尺寸單邊+7 mm的要求。投料55.7 kg的節(jié)號4鍛件，型腔充滿，滿足交付尺寸單邊+7 mm的要求，但余量較大，投料過多。

(a)節(jié)號1(b)節(jié)號2(c)節(jié)號3(d)節(jié)號4

綜上，結(jié)合實際操作和研究結(jié)果，將投料重量控制在45.5～51.6 kg之間。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，最終確定下料規(guī)格為?200 mm×183 mm，重量47.5 kg，材料利用率同步提高了31.7%。

表2 室溫拉伸性能Table 2 Tensile property at room temperature

表3 650℃拉伸性能Table 3 Tensile properties at 650℃

表4 光滑持久性能Table 4 Smooth endurance performance

圖5 高倍組織Figure 5 Microstructure

3 工藝穩(wěn)定性試驗

為了驗證上述工藝穩(wěn)定性，保障生產(chǎn)合格率，根據(jù)上述工藝試驗的數(shù)據(jù)結(jié)果，確定下料規(guī)格為?200 mm×183 mm，重量47.5 kg；采用室溫包套，模具預(yù)熱至600℃；鍛件加熱至1110℃，使用200 MN壓機(jī)，以15 mm/s勻速下壓，鍛件出模后空冷至600℃后再進(jìn)行棉冷，按照工藝要求進(jìn)行GH4720Li盤前封嚴(yán)環(huán)零件加工，共試制了6件。

選擇其中三件進(jìn)行理化檢驗，其力學(xué)性能測試結(jié)果如表2～表4所示，高倍組織如圖5所示。結(jié)果表明，經(jīng)過優(yōu)化后的工藝參數(shù)成形的零件力學(xué)性能均滿足要求，且不同零件之間差值較小，工藝穩(wěn)定性好；同時晶粒度均處于9～10級，均勻性好，說明優(yōu)化后的工藝參數(shù)能夠用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

4 結(jié)論

(1)論文研究了鍛造溫度對材料力學(xué)性能的影響，將鍛件溫度優(yōu)化為1100℃；

(2)通過4次投料實驗，確定了最終下料規(guī)格為?200 mm×183 mm，重量47.5 kg；

(3)采用優(yōu)化后的工藝參數(shù)試制了6件零件，零件的性能相近，且均能達(dá)到要求，說明該工藝穩(wěn)定性良好，能用于指導(dǎo)生產(chǎn)。