文／任盼·陜西宏遠(yuǎn)航空鍛造有限責(zé)任公司

XX288-1 是我廠從2019 年起為霍尼韋爾承制的盤件，該盤件材料為美國牌號inco718（GH4169）。截至目前共計(jì)生產(chǎn)了15 批，該產(chǎn)品在前期生產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)某些批次存在低倍組織不均勻，高低倍混晶的問題，曾有一批出現(xiàn)過整批報(bào)廢。本文通過對該鍛件增加熱電偶進(jìn)行加熱溫度控制，對鍛荒工藝進(jìn)行了改進(jìn)，通過增加翻面工步，降低產(chǎn)品心部過熱的可能，逐步加大鐓餅尺寸，使產(chǎn)品兩面變形量及變形熱均勻，通過此工藝優(yōu)化實(shí)際生產(chǎn)得到了晶粒度合格、組織均勻、性能良好的鍛件。

本文所述盤鍛件材料為INCO718(GH4169)，是沉淀強(qiáng)化型鎳基高溫合金，該合金是一種鐵-鎳-鉻基的變形高溫合金，合金組織由γ 基體、δ 相、碳化物和作為強(qiáng)化相的γ”(Ni3Nb)和γ’(Ni3(Al，Ti))組成，在-253 ～650℃的溫度范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，650℃以下的屈服強(qiáng)度居變形高溫合金的首位，并具有良好的抗疲勞、抗輻射、抗氧化、耐腐蝕性能以及良好的加工性能。在航空領(lǐng)域中，GH4169 高溫合金主要用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)中工作溫度在650℃以下的各種盤件、環(huán)件和葉片等部件。

鍛件生產(chǎn)及檢驗(yàn)過程

本文所討論的鍛件信息如下：鍛件重量為31.5kg，材料為INCO718，材料標(biāo)準(zhǔn)為AMS5662，鍛件標(biāo)準(zhǔn)4GS-752-2019。本鍛件鍛造工步分為鍛荒和模鍛，鍛荒工藝采用16MN 自由鍛壓力機(jī)，模鍛采用100MN 模鍛壓力機(jī)。

原材料來源于卡本特，該產(chǎn)品生產(chǎn)過程如下：下料(φ200mm×155mm，40kg)→鍛荒[(1010±10)℃×140min，鐓粗至φ(278±5)mm×155mm，鐓粗速度8 ～15mm/s，終鍛溫度≥930℃，空冷]→機(jī)加工定位臺(機(jī)加工后荒型見圖1)→模鍛[(1005±10)℃×75min，壓制速度5mm/s，終鍛溫度≥930℃，空冷，模鍛件見圖2]→熱處理(固溶975℃×90min，散開空冷)→理化→機(jī)加工→入庫。

圖1 機(jī)加工后荒型圖

圖2 鍛件圖

自投產(chǎn)以來共生產(chǎn)15 批，其中5 批存在不同程度的高倍混晶，2 批低倍組織不均勻，因金相不合格報(bào)廢1 批27 件，其生產(chǎn)記錄及金相情況詳見表1。本文重點(diǎn)挑選報(bào)廢批進(jìn)行討論，報(bào)廢批爐號為607250，爐代號為C3，調(diào)取此批原材料材質(zhì)書，原材料來源于卡本特，原材料晶粒度如表2 所示。取樣觀測高低倍組織及流線，取樣標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)量見表3，取樣位置見圖3。

表1 生產(chǎn)記錄及金相情況

表2 原材料晶粒度

表3 原材料取樣數(shù)量及標(biāo)準(zhǔn)

圖3 原材料取樣位置

在低倍片(圖4)上看到清晰的粗大晶，高倍圖(圖5)中清晰地看到帶狀組織，混晶程度：M1 晶粒度70%4.5 +30%9.5 級、M2 晶粒度60%4+40%9.5級、M3 晶粒度30%5+70%7 級。不符合客戶規(guī)定的低倍流線沿鍛件外形，無渦流和紊流，微組織無L 相和針狀相帶，晶粒度要求4 級或更細(xì)，非再結(jié)晶晶粒度允許2 ～4 級≤20%。

圖4 低倍組織

圖5 高倍組織

此項(xiàng)產(chǎn)品熱處理制度：固溶975℃×90min，散開空冷，GH4169 靜態(tài)再結(jié)晶溫度為1020℃。GH4169合金在熱變形階段形成的未再結(jié)晶的扁長晶粒，在固溶熱處理期間，因?yàn)楣倘軠囟鹊陀陟o態(tài)再結(jié)晶溫度，無法完成靜態(tài)再結(jié)晶。GH4169 的再結(jié)晶是通過熱變形過程中的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶完成的，所以熱變形終結(jié)狀態(tài)的晶粒形貌和再結(jié)晶程度在隨后熱處理與零件冷加工制造過程中不會改變。

經(jīng)過討論認(rèn)為此爐應(yīng)該是由于爐溫控制不好，產(chǎn)品過熱引起的晶粒粗大，根據(jù)模擬，鐓餅結(jié)束時(shí)心部的溫度和變形量較其他部位大，原工藝心部變形量可達(dá)到70%，心部溫度可達(dá)1060℃，見圖6。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)為預(yù)防心部過熱引起的晶粒粗大將荒型尺寸由φ200mm×155mm 鐓粗至φ(278±5)mm×80+5mm 改變?yōu)殓叴种力?37mm×(110±3)mm，隨后翻面鐓粗滾圓至φ(278±5)mm×80+5mm。計(jì)算變形量得知，原工藝變形量為50%左右，更改后變形量均為30%左右。翻面過程可以使產(chǎn)品溫度擴(kuò)散均勻，變形量也均勻。因?yàn)殓咃炦^程本身極易出現(xiàn)四周變形死區(qū)，心部溫度高，變形量大，為后續(xù)模鍛增加難度和壓力，所以鍛造荒型時(shí)盡量保證組織的均勻性，為獲得良好的產(chǎn)品組織打下基礎(chǔ)。另由于此批產(chǎn)品是由于爐溫控制不好引起的晶粒粗大，所以在全部鍛造過程中加兩條熱電偶控溫。

圖6 原工藝模擬溫度場和應(yīng)變場

對后續(xù)經(jīng)過改變荒型尺寸的產(chǎn)品進(jìn)行高低倍檢查，獲得的晶粒圖如圖7所示，組織良好，晶粒度均勻。

圖7 優(yōu)化后荒型晶粒組織

結(jié)束語

本文通過對Honeywell 盤件報(bào)廢批的討論，對荒型工步進(jìn)行改進(jìn)，鐓餅過程翻面進(jìn)行，雖每工步變形量減少，但翻面時(shí)夾具與產(chǎn)品接觸面會使產(chǎn)品溫度降低心部散熱，其余兩面與空氣接觸也使心部散熱，降低了心部過熱，解決了晶粒粗大的問題，后續(xù)產(chǎn)品按照新的荒型工藝鍛荒以獲得晶粒組織均勻的產(chǎn)品。