GH2909合金徑向鍛造工藝優(yōu)化研究

GH2909（GH909）合金屬于新型的低膨脹高溫合金，該合金在650℃以下具有低的熱膨脹系數(shù)、高強度、高冷熱疲勞抗力和恒定彈性模量。主要應用于制作渦輪發(fā)動機環(huán)形零部件，如高壓壓氣機后機匣、承力環(huán)、隔熱環(huán)、燃燒室封嚴環(huán)、蜂窩座和渦輪外環(huán)、火箭發(fā)動機推力燃燒室、排氣導管和集流箱等。另外還推廣應用到制作槍管、炮用部件、玻璃-金屬封接材料、量具、模具和高壓氫氣環(huán)境用構件等。

GH2909合金常規(guī)生產(chǎn)工藝為：20MN快鍛開坯+3t電液錘成材或是20MN快鍛機成材，產(chǎn)品性能檢測往往出現(xiàn)質量波動大，甚至不合格。隨著某公司18MN徑向鍛造機的廣泛應用，其獨特的金屬變形特性和優(yōu)良的產(chǎn)品質量也被人們所了解和接受，因而有必要將徑向鍛造工藝引入到GH2909合金的生產(chǎn)中。

實驗采用Φ508mm真空自耗鋼錠，經(jīng)車光扒皮后鋼錠直徑為Φ480mm，最終生產(chǎn)Φ190mm棒材。實驗工藝為“45MN快鍛機開坯+18MN徑鍛機成材”組合的方式，在原有快鍛機開坯工藝的基礎上增加鐓拔次數(shù)，加熱溫度仍采取從1100℃至1000℃逐級降溫鍛造的方式，末火加熱溫度1000℃，精確控制開坯各火次的變形量，以保證鍛坯得到均勻、細小的晶粒組織。經(jīng)計算與分析，留取30%～50%的總徑向鍛造變形量，徑向鍛造一火鍛至成品尺寸。徑向鍛造加熱溫度：980～1050℃，保溫一定時間。鍛坯尺寸為八角270mm，經(jīng)過5道次鍛至Φ190mm，各道次變形量設置依次為：5%、7.5%、25.6%、21.5%、5%，控制變形過程中鍛造溫度在910～980℃范圍內，鍛后空冷。

實驗中徑向鍛造優(yōu)化工藝選用5%、7.5%、25.6%、21.5%和5%的道次變形量分配，其作用在于：（1）坯料從出爐到開始鍛造的轉運過程中，表面溫度會損失80℃～150℃，導致坯料表面溫度降低，此時如進行大變形量鍛造，表層晶粒的動態(tài)再結晶不充分，容易產(chǎn)生表層拉長晶。隨著變形的進行，坯料表面溫度沒有及時提升，而心部的形變熱不斷積聚，心部溫度升高，內外溫差進一步增大，極容易造成心部局部粗晶，表層存在大量拉長晶，導致同截面內晶粒不均勻，會嚴重影響產(chǎn)品的綜合性能。因而，優(yōu)化后的徑向鍛造工藝是先設置5%和7.5%兩道次小變形量，加之快速送進，可以快速提升坯料表層溫度，縮小坯料內外溫差，為組織均勻創(chuàng)造條件。（2）第三、四道次采取25.6%和21.5%的大變形量，可以最大限度增加鍛透深度，以保證坯料同截面各部分充分變形，獲得均勻細小的晶粒組織。（3）最后一道次采用5%小變形量，可以進一步縮小坯料內外溫差，更重要的是控制和改善鍛材表面質量，提升經(jīng)濟效益。

試驗結果表明，45MN快鍛開坯+18MN徑向鍛造機成材的組合方式完全可以生產(chǎn)合格的GH2909合金棒材，且產(chǎn)品質量更穩(wěn)定，力學性能更均勻，晶粒度更細小。