鍛造變形與固溶處理對(duì)GH536合金鍛件晶粒及硬度的影響

袁 慧，蔡 培，周光興，齊瑩瑩

（1.貴州安大航空鍛造有限責(zé)任公司，貴州 安順 561005；2.空軍裝備部駐安順地區(qū)軍事代表室，貴州 安順 561008）

0 引言

GH536合金是Ni-Cr-Fe基固溶強(qiáng)化型變形高溫合金，通過(guò)塑性成形，可獲得所需形狀、尺寸和組織性能[1]，在900 ℃以下具有中等持久和蠕變強(qiáng)度，具有良好的抗氧化和耐腐蝕性能、良好的冷熱加工成形性和焊接性能，適用于制造在900 ℃以下長(zhǎng)期使用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的部件以及工作溫度可達(dá) 1 080 ℃短時(shí)間使用的高溫部件，其主要制造的零件有板材類、帶材類、管材類、棒材類、鍛件類、環(huán)形件類和精密鑄件類等[2]。

GH536 合金鍛件作為常見的零件，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用較多，工程應(yīng)用中對(duì)GH536 合金鍛件晶粒尺寸無(wú)要求，因此對(duì)GH536 合金鍛件的鍛造變形量及固溶處理工藝的關(guān)注較少。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，塑性加工技術(shù)迎來(lái)了發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也面臨諸多挑戰(zhàn)[3]。現(xiàn)對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)用GH536 合金鍛件提出晶粒度組織要求，為此針對(duì)GH536 合金鍛件鍛造變形量及固溶處理與晶粒尺寸之間的關(guān)系開展研究。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用材料為φ220 mm 棒料，棒料未進(jìn)行晶粒度檢測(cè)，棒料化學(xué)成分如表1所示。

表1 化學(xué)成分 質(zhì)量分?jǐn)?shù)

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 棒料準(zhǔn)備

為了在節(jié)約材料的同時(shí)得到更為準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)棒料進(jìn)行切分、標(biāo)記。

（1）沿高度方向?qū)袅锨蟹譃棣?20 mm×120 mm兩段。

（2）在兩段棒料上切取φ50 mm×120 mm 的圓棒坯20根，分別在棒坯兩端面標(biāo)記“1”、“2”……“20”。

（3）分別將每根棒坯切分為尺寸φ50 mm×100 mm 與φ50 mm×20 mm 的2 根棒坯，并保留原標(biāo)記，如圖1所示。

圖1 棒坯切分

1.2.2 鍛造變形試驗(yàn)

標(biāo)記“1”～“7”的棒坯在同一電爐使用1 050 ℃進(jìn)行加熱保溫，按表2 所示尺寸進(jìn)行鐓粗后分散空冷。棒坯及未鍛造短棒坯切面進(jìn)行晶粒度檢測(cè)，都不進(jìn)行熱處理。

表2 棒坯鐓粗高度及變形量

1.2.3 固溶處理試驗(yàn)方案

為了節(jié)約試驗(yàn)時(shí)間及成本，取所有標(biāo)記中的“8”、“10”、“11”、“13”的長(zhǎng)、短棒坯為例，在芯部切取試樣進(jìn)行固溶處理并檢測(cè)晶粒度，檢測(cè)方案如表3所示。

表3 固溶試驗(yàn)方案

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 鍛造變形對(duì)晶粒尺寸的影響

棒坯鐓粗變形后，晶粒尺寸有減小的趨勢(shì)，但變形程度對(duì)鍛件晶粒影響不大，鍛件晶粒度與變形前基本相當(dāng)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。每個(gè)棒坯上取3塊試樣，經(jīng)鍛造變形的試樣在原標(biāo)記上依次增加“-1”～“-3”，未經(jīng)鍛造變形的試樣在原標(biāo)記上依次增加“-A”～“-C”。

表4 鍛造變形試驗(yàn)結(jié)果

2.2 固溶處理對(duì)晶粒尺寸及硬度的影響

固溶處理對(duì)晶粒度及硬度結(jié)果如表5 及圖2所示。

圖2 固溶處理對(duì)硬度影響

從表5 及圖2 可看出，固溶保溫時(shí)間對(duì)鍛件晶粒尺寸及硬度影響不大，固溶溫度對(duì)鍛件晶粒及硬度有影響，1 080 ℃固溶處理時(shí)，鍛件晶粒變化較小，鍛件硬度基本不變，1 130 ℃固溶處理時(shí)，鍛件晶粒顯著長(zhǎng)大且硬度下降。

GH536 合金通過(guò)碳化物在晶界析出相起到阻礙晶粒長(zhǎng)大的效果，在固溶處理中，碳化物發(fā)生溶解或析出反應(yīng)，晶粒長(zhǎng)大。1 100 ℃以上碳化物開始溶解，數(shù)量迅速減少，降低了對(duì)晶界的釘扎作用，晶粒迅速長(zhǎng)大且硬度降低。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析，得出以下結(jié)論。

（1）棒坯鐓粗后，鍛件晶粒尺寸有減小的趨勢(shì)，變形程度對(duì)鍛件晶粒尺寸影響不大，鍛件晶粒與變形前基本相當(dāng)。

（2）固溶處理溫度影響GH536 鍛件的晶粒尺寸及硬度，1 080 ℃固溶處理時(shí)，鍛件晶粒尺寸變化較小，鍛件硬度基本不變，1 130 ℃固溶處理時(shí)，鍛件晶粒顯著長(zhǎng)大且硬度下降。