等温锻压新型式金材组件和功效
试验用材料试验用材料是采用经真空感应+真空自耗的冶炼工艺制备Φ240mm的GH710合金锭坯,经自由锻单向拔长为Φ210mm的锻棒,原材料化学成分见。原材料低倍组织致密,无其它肉眼可见的冶金缺陷,但晶粒组织较为粗大,部分大晶粒内部存在残留枝晶,显微组织。由于GH710合金合金化程度高,铸锭中易产生元素偏析,铸态组织枝晶严重,枝晶间富含大量初生γ′及MC相,使得铸锭热变形性能较差,开坯时极易产生锻造裂纹。棒材低倍组织粗大及残留枝晶的存在,主要是原因锻造开坯变形量不够。
试验方法合金等温锻造实验在6300kN液压机上进行,模具材料采用铸造高温合金,坯料加热温度1100℃。等温锻造涡轮盘锻件空冷后进行标准热处理:1170℃×4h,空冷+1080℃×4h,空冷+845℃×24h,空冷+760℃×16h,空冷。按照常规程序制备金相试样,侵蚀剂为50ml氢氟酸+20ml盐酸+10ml过氧化氢。
锻造工艺对合金组织性能影响为有效消除GH710合金棒材中的粗大低倍组织及残留枝晶,同时使合金具有良好的成形性,采用等温锻造工艺进行了合金变形实验,坯料加热温度均为1100℃,变形量分别为50%和70%.
GH710合金在进行等温锻造变形时,具有良好的塑性,一次变形量达到50%和70%时,饼坯外观完整性好,没有出现锻造裂纹。合金经等温锻造变形后,微观组织得到明显改善,棒材中的粗大真空晶粒组织得到有效破碎,合金实现了完全再结晶。饼坯各部位变形均匀,没有变形死区。其显微组织。
等温锻造饼坯经标准四段热处理后,切取试样,对其室温拉伸、980℃光滑持久性能、815℃缺口持久性能进行了测试。具有低倍粗晶的GH710合金经等温锻造变形后,饼坯锻件具有良好的室温强度和高温持久性能,并且锻件各部位性能都非常均匀,性能结果分散性很小。
等温锻造GH710合金组织均匀,低倍组织和显微组织检测分析都未发现大于1mm的粗大晶粒;815℃缺口持久寿命达到114h也未拉断,远远高出标准的≥30h的技术要求;980℃光滑持久寿命达到80h之上,也远远高出标准的≥30h的技术要求。
等温锻造涡轮盘组织为验证等温锻造工艺制造GH710合金涡轮盘的合理性,对盘件等温模锻成形工艺进行了研究,将等温锻造工艺成功应用到GH710合金涡轮盘模锻件的研制。试制出外观质量良好的GH710合金Φ240mm涡轮盘等温锻造模锻件,并对锻件组织性能进行了测试分析。
GH710合金等温锻造涡轮盘锻件,晶粒细小,锻件各部位组织均匀,锻造流线沿锻件轮廓连续分布,没有变形死区,锻件低倍组织如所示。涡轮盘锻件轮毂、轮辐和轮缘各部位的晶粒度均匀细小,在晶界上有γ′相析出,锻件各部位显微组织如所示。
等温锻造涡轮盘力学性能将GH710合金等温锻造涡轮盘锻件进行四段标准热处理后,按照文献<5>要求切取试样测试其力学性能,等温锻造涡轮盘锻件力学性能结果完全满足了文献<6>的技术要求。其室温拉伸性能σb达到1200MPa,比标准要求的890MPa高出300MPa以上;815℃缺口持久寿命达到64150h试样尚未拉断;而980℃光滑持久性能是在寿命超出技术标准要求的≥30h后,根据实验现场情况,加大试验应力将试样强制拉断。参见。
结论(1)等温锻造工艺可有效改善GH710合金变形性能,细化晶粒组织,提高力学性能。(2)利用等温锻造工艺可获得外观完整、晶粒细小、组织性能均匀的涡轮盘等温模锻件。(3)等温锻造工艺是制备GH710合金细晶涡轮盘的理想成形工艺。
关键词:等温锻压新型式金材组件和功效
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