GH4169合金被稱為高溫合金“性能之王”，在深冷和高溫條件下均得到極其廣泛應(yīng)用。我國于70年代開始研制該合金，目前國內(nèi)對GH4169合金的研發(fā)逐漸深入，其中如何獲得細(xì)小均勻的晶粒組織是一個(gè)重點(diǎn)方向。科研人員主要研究GH4169合金4500t壓機(jī)鍛造開坯和18MN徑鍛成材工藝及其新鍛造工藝對合金晶粒尺寸的影響。
某公司供某航空廠的GH4169合金棒材出現(xiàn)了2爐晶粒度用戶復(fù)檢不合格現(xiàn)象，具體情況：規(guī)格Ф180mm，工藝路線為真空+自耗+鍛造，晶粒度問題為棒材中心晶粒度1～2（0）級60%，3～4級40%/1～2級40%，3～4級60%。經(jīng)分析棒材心部出現(xiàn)粗晶（混晶）現(xiàn)象的原因：
（1）原始晶粒組織粗大。
（2）棒材心部粗晶組織未得到充分破碎。
GH4169合金棒材原標(biāo)準(zhǔn)要求晶粒度細(xì)于4級，而目前我國開發(fā)的新機(jī)如“大運(yùn)”用棒材要求晶粒度細(xì)于6級，傳統(tǒng)工藝已無法滿足GH4169合金新機(jī)材料對晶粒度的要求，必須對GH4169合金生產(chǎn)工藝特別是鍛造工藝進(jìn)行改進(jìn)。
GH4169合金的固溶溫度較低（950℃～980℃），處于再結(jié)晶溫度（930℃～940℃）與聚集再結(jié)晶溫度（980℃，晶粒開始長大溫度）之間，熱加工工藝的操作好壞基本決定了合金的組織和性能。根據(jù)GH4169合金不同溫度下的GLEEBLE試驗(yàn)結(jié)果可知，GH4169合金鍛造在900℃～1080℃溫度范圍內(nèi)面縮率達(dá)到50%以上，該溫度范圍可以認(rèn)為是鍛造塑性區(qū)，在970℃～1040℃面縮率達(dá)到65%的峰值，該溫度可以認(rèn)為是最佳塑性溫度區(qū)。而徑鍛過程GH4169合金的溫度效應(yīng)體現(xiàn)為，棒材心部升溫在20℃～30℃，表面溫度在開鍛溫度上下波動，溫度下降很小。GH4169合金相形貌控制是該合金終鍛溫度控制的關(guān)鍵，GH4169合金的終鍛溫度最佳控制范圍是930℃±10℃。單向拔長和采用兩次鐓拔拔長晶粒組織對比照片可知，反復(fù)鐓拔對鋼錠的組織破碎和棒材組織性能一致性十分有利。利用流函數(shù)法對鍛透性進(jìn)行了解析，認(rèn)為徑鍛過程當(dāng)L/D（L為每打擊一次坯料的壓下量，D為棒材直徑）小于某一值時(shí)，鍛件就鍛不透。GFM精鍛機(jī)三維成型鍛透性數(shù)值模擬研究認(rèn)為，當(dāng)心部的等效應(yīng)變值大于0.2時(shí)，坯料方可被鍛透。科研人員在研究徑鍛工藝時(shí)也都提出在大變形量后要增加一個(gè)道次給回復(fù)—再結(jié)晶一個(gè)時(shí)間的結(jié)論。
根據(jù)要求試驗(yàn)了控制4級晶粒組織的新工藝：Ф508mm自耗錠采用兩鐓兩拔工藝在4500噸壓機(jī)開坯+18MN徑鍛成材。
控制6級晶粒組織的新工藝：冶煉過程控制Ф508mm自耗錠長度1400mm左右，采用三鐓兩拔工藝在4500噸壓機(jī)開坯+18MN徑鍛成材，成材規(guī)格Ф250mm（車光）。值得一提的是整個(gè)鍛造過程都采用軟包套，包套采用內(nèi)層保溫棉外層玻璃絲布的手段，壓機(jī)開坯時(shí)包套作用顯著。研究結(jié)果表明：
（1）GH4169合金棒材晶粒度不合格的根本原因是鍛造過程采用單向拔長工藝，導(dǎo)致棒材變形量偏小、動態(tài)再結(jié)晶不充分引起的。
（2）GH4169合金鍛造過程應(yīng)嚴(yán)格控制變形溫度，包括開坯溫度、徑鍛溫度、終鍛溫度。
（3）GH4169合金鍛造開坯采用兩鐓兩拔+拔長工藝，火次變形量控制在40%～50%。徑鍛成型時(shí)宜采用較小的錘擊頻率，較大的壓下量變形，最后道次要控制成型及終鍛溫度。
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