1、第 48 卷 第 3 期Vol.48 No.3F O R G I N G&S T A M P I N G T E C H N O L O G Y 2023 年 3 月Mar.2023燃 气 轮 机 用 I N 7 1 8 高 温 合 金 改 锻 工 艺刘 洋1,孙 朝 远1,2,肖 石1,谢 静1,廖 佳1,刘 德 建1(1.中 国 第 二 重 型 机 械 集 团 德 阳 万 航 模 锻 有 限 责 任 公 司,四 川 德 阳 618000;2.重 庆 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 先 进 模 具 智 能 制 造 重 庆 市 重 点 实 验 室,重 庆 400044)摘 要:为
2、了 探 索 IN718 高 温 合 金 大 型 燃 气 轮 机 轮 盘 锻 件 的 制 造 工 艺 及 质 量 控 制 要 点,采 用 VIM+VAR 制 备 的 450 mm 大 规 格IN718 高 温 合 金 近 铸 锭,进 行 了 不 同 变 形 温 度、改 锻 火 次 及 包 套 方 式 等 热 变 形 参 数 的 改 锻 并 制 成 锻 件,经 固 溶+时 效 热 处 理 后通 过 水 浸 法 超 声 波 检 测、光 学 金 相 检 验 及 室 温 拉 伸 试 验 等 方 法 对 锻 件 进 行 研 究。试 验 结 果 表 明:对 于 超 大 规 格 的 IN718 高 温合 金
3、近 铸 锭 材 料,通 过 在 1080 1010 加 热 进 行 反 复 镦 拔,可 明 显 改 善 锻 件 上、下 端 面 的 变 形 量,降 低 超 声 波 检 测 时 的 噪 声水 平,获 得 等 轴 细 晶 组 织 并 消 除 相 的 方 向 性,锻 件 的 综 合 力 学 性 能 最 优;镦 拔 中 应 注 意 减 少 坯 料 与 平 砧 的 传 热,避 免 出 现少 数 未 再 结 晶 的、顺 着 变 形 方 向 被 拉 长 的 扁 长 晶 粒。关 键 词:IN718 高 温 合 金;近 铸 锭;热 变 形 参 数;镦 拔;燃 气 轮 机 轮 盘D O I:1 0.1 3 3 3
4、 0/j.i s s n.1 0 0 0-3 9 4 0.2 0 2 3.0 3.0 0 2中 图 分 类 号:T G 3 1 6 文 献 标 志 码:A 文 章 编 号:1 0 0 0-3 9 4 0(2 0 2 3)0 3-0 0 1 1-0 9M o d i f i e d f o r g i n g p r o c e s s o f s u p e r a l l o y I N 7 1 8 f o r g a s t u r b i n eLiu Yang1,Sun Chaoyuan1,2,Xiao Shi1,Xie Jing1,Liao Jia1,Liu Dejian1(1.Ch
5、ina National Erzhong Group Deyang Wanhang Die Forging Co.,Ltd.,Deyang 618000,China;2.Chongqing Key Laboratory of Advanced Mold Intelligent Manufacturing,College of Materials Science and Engineering,Chongqing University,Chongqing 400044,China)A b s t r a c t:In order to explore the manufacturing proc
6、ess and quality control points of superalloy IN718 for large gas turbine disk forgings,450 mm large size superalloy IN718 near-cast ingot which was manufactured by VIM+VAR was forged with different thermal deformation parameters such as deformation temperature,forging times and sheathing methods and
7、 made into forgings.After solution+aging heat treat-ment,the forgings were studied by water immersion ultrasonic detection,optical metallographic examination and tensile test at room tem-perature.The test results show that for the ultra-sized superalloy IN718 near-cast ingot material,repeated upsett
8、ing and pulling by heating at 1080-1010 can significantly improve the deformation of upper and lower end faces of forgings,reduce the noise level during ultra-sonic testing,obtain an equiaxed fine-grain structure and eliminate directionality of the phase,and the comprehensive mechanical prop-erties
9、of the forgings are the best.During upsetting and pulling,attention should be paid to reducing the heat transfer between blank and flat anvil,and avoiding the appearance of individual unrecrystallized and elongated crystals along the deformation direction.K e y w o r d s:superalloy IN718;near-cast i
10、ngot;thermal deformation parameters;upsetting and pulling;gas turbine disk收 稿 日 期:2022-05-20;修 订 日 期:2022-08-21作 者 简 介:刘 洋(1987-),男,硕 士,高 级 工 程 师E-m a i l:229212501 通 信 作 者:孙 朝 远(1986-),男,博 士 研 究 生,高 级 工 程 师E-m a i l:cysun316 IN718 高 温 合 金 在 650 以 下 具 有 较 高 的 强 度 和塑 性、疲 劳 性 能 及 断 裂 韧 性 等,同 时 具 有 良 好
11、 的 抗 氧化 性、耐 腐 蚀 性 等,因 而 成 为 航 空、航 天、核 能、石油 及 化 工 等 领 域 大 量 应 用 的 合 金 材 料,尤 其 在 航 空 航天、地 面 燃 气 轮 机 中 占 有 特 别 重 要 的 地 位1-3。IN718高 温 合 金 的 主 要 强 化 相 为 体 心 四 方 Ni3Nb()和 面心 立 方 Ni3(Al,Ti,Nb)(),Nb 元 素 的 含 量 较 高,一 般 可 达 到 4.8%5.5%,而 其 余 IN706、GH4698、GH4742 等 常 用 的 燃 气 轮 机 轮 盘 高 温 合 金 材 料 的 Nb元 素 的 含 量 为 2%
12、3%,较 高 的 Nb 含 量 使 得 IN718高 温 合 金 的 凝 固 过 程 复 杂,铸 态 组 织 偏 析 严 重,给后 续 的 热 加 工 如 锻 造 和 热 处 理 带 来 相 当 大 的 难度4-6。先 进 大 功 率 重 型 燃 气 轮 机 具 有 高 效 率、低 排 放等 优 点,是 21 世 纪 能 源 高 效 清 洁 利 用 的 核 心 动 力 设备7。目 前,国 内 燃 气 轮 机 轮 盘 的 技 术 水 平 与 国 外相 差 较 大,从 锻 件 重 量 来 看,国 内 自 主 研 发 燃 气 轮机 IN718 高 温 合 金 模 锻 件 的 重 量 不 超 过 2.
13、5 t,而 国外 燃 气 轮 机 IN718 高 温 合 金 模 锻 件 的 重 量 可 达 5.0 t以 上。对 于 变 形 高 温 合 金 大 型 轮 盘 锻 件,其 制 造 的关 键 技 术 在 于 大 尺 寸 无 偏 析 钢 锭 冶 炼 技 术 和 大 尺 寸轮 盘 锻 造 技 术8-9。航 空 发 动 机 涡 轮 盘 的 直 径 较 小,一 般 在700 mm 以 下,而 重 型 燃 气 轮 机 用 的 超 大 型 高 温 合金 轮 盘 锻 件 的 尺 寸 一 般 在 1850 2200 mm 之 间,导 致 了 超 大 型 燃 气 轮 机 所 需 的 棒 料 尺 寸 也 非 常 大
14、,一 般 为 铸 锭 或 近 铸 锭 进 行 生 产10。IN718 高 温 合 金棒 料 在 超 过 300 mm 规 格 时,一 般 在 熔 检 试 样 上 进行 复 验,棒 材 本 体 仅 进 行 化 学 成 分 检 测,对 棒 材 本体 的 组 织 性 能 不 做 要 求。本 文 对 采 用 450 mm 大 规格 近 铸 锭 制 作 的 棒 料 进 行 锻 造,对 镦 拔 火 次、变 形温 度 及 包 套 方 式 等 热 工 艺 参 数 进 行 研 究,并 进 行 了水 浸 法 超 声 波 检 测、微 观 组 织 和 力 学 性 能 的 对 比 分析,得 出 了 较 优 的 大 规
15、格 IN718 高 温 合 金 棒 材 改 锻方 法。1 试 验1.1 试 验 材 料本 试 验 材 料 IN718 高 温 合 金 采 用 真 空 感 应 熔 炼(Vacuum Induction Melting,VIM)+真 空 自 耗 电 弧 重熔(Vacuum Arc Remelting,VAR)制 备,钢 锭 的 直径 为 660 mm,直 接 拔 长 为 直 径 为 450 mm 的 棒材,材 料 的 具 体 成 分 见 表 1,棒 材 中 Nb 元 素 的 含 量为 5.29%,属 于 较 高 水 平,给 后 续 的 锻 造 和 热 处 理带 来 较 大 的 挑 战。表 1 I
16、N 7 1 8 合 金 的 化 学 成 分(%,质 量 分 数)T a b l e 1 C h e m i c a l c o m p o s i t i o n s o f s u p e r a l l o y I N 7 1 8(%,m a s s f r a c t i o n)C Si Mn P S Cr Ni Mo Nb0.027 0.06 0.07 0.007 0005 18.27 52.61 2.88 5.29Ti Al Co Fe Ta B Cu Mg Ca0.96 0.56 0.25 18.36 0.01 0.004 0.06 0.0007 0.0005Pb Bi Se S
17、n Ag Te Tl O N0003 00003 0003 0.0012 0002-0010 0.007 按 照 图 1 所 示 的 取 样 位 置 检 测 棒 材 本 体 的 中 心、R/2(R 为 棒 材 的 半 径)及 边 缘 位 置 的 晶 粒 度 及 相,具 体 情 况 如 图 2、图 3 所 示,平 均 晶 粒 度 为 0.5 1.0 级,最 大 晶 粒 度 为-2-3 级,相 均 为 长 针 状,未 发 现 缩 孔、偏 析 等 有 害 缺 陷。小 型 燃 气 轮 机 或 航空 发 动 机 用 IN718 高 温 合 金 棒 材 的 晶 粒 度 一 般 要 求细 于 4.0 级,本
18、 试 验 用 棒 材 的 平 均 晶 粒 度 为 0.5 1.0 级,棒 材 水 平 趋 近 于 铸 锭。图 1 取 样 示 意 图Fig.1 Schematic diagram of sampling图 2 棒 材 不 同 位 置 的 晶 粒 度 分 布(a)中 心 位 置(b)R/2 位 置(c)边 缘 位 置Fig.2 Distribution of grain sizes in different positions of bar(a)Center position(b)R/2 position(c)Edge position1.2 试 验 方 法在 尺 寸 为 450 mm500 m
19、m 的 棒 材 本 体 上,等分 加 工 4 个 140 mm500 mm 的 棒 料,采 用 不 同 的变 形 温 度、改 锻 火 次 及 包 套 方 式 等 工 艺 参 数 进 行 改锻,每 火 次 的 变 形 量 为 30%60%,镦 拔 示 意 图 如图 4 所 示。锻 件 1 的 总 火 次 为 3,锻 造 比 达 到 6;锻2 1 锻 压 技 术 第 48 卷图 3 棒 材 不 同 位 置 的 相 形 貌(a)中 心 位 置(b)R/2 位 置(c)边 缘 位 置Fig.3 phase R/2 morphologies in different positions of bar(a
20、)Center position(b)R/2 position(c)Edge position图 4 不 同 火 次 下 的 镦 拔 示 意 图(a)3 火 次(b)4 火 次(c)7 火 次Fig.4 Schematic diagrams of upsetting and pulling under different fire times(a)Three fire times(b)Four fire times(c)Seven fire times件 2 的 总 火 次 为 4,锻 造 比 达 到 8;锻 件 3、锻 件 4的 总 火 次 为 7,锻 造 比 达 到 11。4 个 锻 件
21、的 累 计 变形 量 情 况 如 图 5 所 示。棒 料 在 50 MN 压 机 上 进 行 改锻,改 锻 方 案 具 体 见 表 2,最 终 全 部 镦 拔 成 尺 寸 为350 mm80 mm 的 锻 件,锻 件 的 冷 却 方 式 为 空 冷。2 试 验 结 果 与 分 析将 4 个 锻 件 同 炉 按 照 固 溶+时 效 的 制 度 进 行 热处 理,具 体 为:在 970 下 保 温 1 h 后,出 炉 油 冷至 室 温;然 后 在 720 的 温 度 下 保 温 8 h 后,随 炉冷 却 至 620 再 保 温 8 h,出 炉 后 将 锻 件 散 开 空冷。2.1 超 声 波 检
22、测超 声 波 检 测 是 一 种 无 损 评 价 方 法,可 以 通 过 超声 波 检 测 的 噪 声 结 果 反 映 锻 件 内 部 晶 粒 大 小 的 情况11。因 此,为 了 更 好 地 反 映 锻 件 内 部 的 晶 粒 尺寸,对 4 个 锻 件 的 表 面 进 行 加 工,实 物 如 图 6 所 示,使 其 表 面 的 光 洁 度 达 到 满 足 超 声 波 检 测 的 R a0.8 m要 求 后,进 行 C 扫 水 浸 法 超 声 波 检 测,设 备 型 号 为LS-200LP,检 测 用 探 头 为 IX0519GB 点 聚 焦 探 头,频 率 为 5 MHz,焦 距 为 152
23、.4 mm。使 用 平 底 孔 试 块制 作 TCG 曲 线 方 法 来 调 节 灵 敏 度,试 块 材 质 为IN718 高 温 合 金,平 底 孔 直 径 为 0.8 mm,对 锻 件的 上、下 端 面 进 行 纵 波 垂 直 入 射 扫 查,检 测 结 果 如表 3 所 示,锻 件 的 超 声 波 检 测 图 像 如 图 7 所 示。3 1 第 3 期 刘 洋 等:燃 气 轮 机 用 IN718 高 温 合 金 改 锻 工 艺 图 5 不 同 改 锻 方 案 下 锻 件 的 等 效 应 变 分 布(a)锻 件 1(b)锻 件 2(c)锻 件 3(d)锻 件 4Fig.5 Equivale
24、nt strain distributions of forgings under different modified forging schemes(a)Forgings 1(b)Forgings 2(c)Forgings 3(d)Forgings 4表 2 改 锻 方 案T a b l e 2 M o d i f i e d f o r g i n g s c h e m e s锻 件加 热 温度/改 锻 方 案 总 火 次 包 套 方 式累 计 等 效应 变1 1010 直 接 镦 粗 3 全 部 火 次 软 包 套 0.00 3.752 1010 一 镦 一 拔 4 全 部 火 次
25、软 包 套 0.75 3.7531080 1010两 镦 两 拔 7最 后 2 火 次 软 包套,其 余 火 次 不 包套0.75 5.254 1010 两 镦 两 拔 7最 后 2 火 次 软 包 套,其 余 火 次 不 包 套0.75 5.25图 6 锻 件 实 物Fig.6 Material object of forgings从 表 3 及 图 7 可 以 看 出:锻 件 1 中 心 表 面 部 位的 噪 声 水 平 较 高,最 大 噪 声 为 0.8-6 dB,其 主 要原 因 为 连 续 镦 饼 时,锻 件 上、下 端 面 的 位 置 始 终 处表 3 锻 件 的 超 声 波 检
26、测 结 果T a b l e 3 U l t r a s o n i c t e s t r e s u l t s o f f o r g i n g s锻 件 噪 声 水 平 具 体 检 测 情 况1 0.8-6 dB 噪 声 主 要 集 中 在 中 心 的 表 面 部 位2 0.8-12 dB 噪 声 主 要 分 散 在 中 心 部 位3 0.8-12 dB 噪 声 主 要 分 散 在 中 心 的 表 面 部 位4 0.8-12 dB 噪 声 主 要 分 散 在 外 缘 部 位于 小 变 形 区,总 变 形 量 不 超 过 30%,锻 件 未 获 得 足够 的 畸 变 能 予 以 充 分
27、 破 碎 原 始 铸 态 晶 粒,噪 声 水 平未 得 到 有 效 改 善;锻 件 2 锻 件 4 的 整 体 探 伤 结 果 较为 一 致,其 噪 声 水 平 相 对 于 锻 件 1 有 明 显 改 善,说明 采 用 镦 拔 的 改 锻 技 术 可 明 显 改 善 锻 件 上、下 端 面的 变 形 量,且 经 过 4 火 次 的 一 镦 一 拔 后,上、下 端面 的 变 形 量 基 本 保 持 稳 定。2.2 组 织 检 测为 了 进 一 步 研 究 锻 件 内 部 晶 粒 度 的 分 布 与 探 伤结 果 的 关 联 性,按 照 图 1 对 4 个 锻 件 的 中 心、R/2及 边 缘 位
28、 置 进 行 晶 粒 度 检 测,检 测 设 备 为 Olympus GX51/S13-60789 金 相 显 微 镜,锻 件 晶 粒 度 的 检 测结 果 如 表 4 所 示,平 均 值 为 以 整 个 试 样 面 积 下 的 晶粒 个 数 来 计 算 的 晶 粒 度 级 别,A LA 为 在 随 机 分 散 分布 的 孤 立 粗 大 晶 粒 中 观 测 到 的 最 大 晶 粒 度 级 别,括号 中 为 对 应 的 晶 粒 尺 寸。4 1 锻 压 技 术 第 48 卷图 7 锻 件 的 超 声 波 检 测 图 像(a)锻 件 1(b)锻 件 2(c)锻 件 3(d)锻 件 4Fig.7 Ul
29、trasonic inspection images of forgings(a)Forgings 1(b)Forgings 2(c)Forgings 3(d)Forgings 4表 4 锻 件 晶 粒 度 及 尺 寸 检 测 结 果T a b l e 4 T e x t r e s u l t s o f g r a i n d e g r e e s a n d s i z e s f o r f o r g i n g s锻 件中 心 位 置 R/2 位 置 边 缘 位 置平 均 值 A L A 平 均 值 A L A 平 均 值 A L A1 8.5(18.9 m)1.5(213.6
30、m)8.5(18.9 m)2.0(179.6 m)8.5(18.9 m)2.0(179.6 m)2 7.5(26.7 m)4.0(89.8 m)7.5(26.7 m)3.5(106.8 m)7.5(26.7 m)4.0(89.8 m)3 10.0(11.2 m)6.5(37.8 m)10.0(11.2 m)4.5(75.5 m)10.0(11.2 m)6.5(37.8 m)4 8.0(22.5 m)1.5(213.6 m)7.5(26.7 m)1.0(254.0 m)7.5(26.7 m)1.0(254.0 m)锻 件 1 的 大 晶 粒 较 多,主 要 原 因 为 镦 饼 时 存 在小 变
31、形 的 累 积,这 在 锻 件 探 伤 时 也 得 到 了 验 证。锻 件 4 相 比 于 锻 件 2,多 了 1 次 1010 的 镦 拔,但 前 5 火 次 镦 拔 未 进 行 软 包 套,从 晶 粒 度 的 检 测 结果 来 看,锻 件 4 出 现 了 1.01.5 级 的 未 再 结 晶 的 扁 长晶 粒。IN718 高 温 合 金 的 锻 造 温 度 区 间 较 窄,当 变 形量 与 变 形 温 度 合 适 时,锻 件 能 够 完 成 动 态 再 结 晶,获得 等 轴 晶 粒;但 当 变 形 量 较 小 或 变 形 温 度 较 低 时,会出 现 少 数 未 再 结 晶 的、顺 着 变
32、 形 方 向 拉 长 的 扁 长 晶粒。锻 件 4 的 前 5 火 次 由 于 未 进 行 软 包 套,改 锻 过 程中 坯 料 与 平 砧 直 接 接 触 部 位 的 温 度 会 降 低,当 终 锻 温度 低 于 950 时,坯 料 外 缘 动 态 再 结 晶 未 能 完 成,形成 了 双 重 晶 粒 组 织12,这 与 超 声 波 水 浸 检 测 时 噪 声主 要 分 布 在 外 缘 部 位 的 结 果 一 致。锻 件 3 为 1080 1010 高 低 结 合 加 热 制 度 的 改 锻 工 艺,从 晶 粒 度 检测 情 况 来 看,该 改 锻 工 艺 的 效 果 最 好。直 接 镦 粗
33、 或 一 次 镦 拔 后 再 镦 粗 的 锻 件 中 均 存 在一 定 量 的 未 再 结 晶 大 晶 粒,开 坯 过 程 中 残 留 的 超 大晶 粒 很 难 在 后 续 低 温 的 镦 饼 及 模 锻 中 完 成 充 分 的 再结 晶,这 也 是 导 致 锻 件 报 废 的 重 要 原 因 之 一13-14。文 献 15 表 明,多 火 次 镦 拔 对 锻 件 内 部 铸 锭 组 织的 破 碎 十 分 有 利,镦 拔 次 数 越 多,锻 件 组 织 性 能 的稳 定 性 越 高。且 采 用 多 火 次 镦 拔 工 艺 时 需 对 整 个 变形 过 程 的 温 度 进 行 严 格 控 制,避
34、 免 因 动 态 再 结 晶 不充 分 而 造 成 产 品 报 废。对 应 锻 件 1 锻 件 4 不 同 取 样 位 置 的 12 个 试 样进 行 晶 粒 度 和 8 相 形 貌 观 察 后,如 图 8 和 图 9 所 示。可 以 看 出,棒 料 的 初 始 相 为 长 针 状,经 过 锻 造 后,锻 件 1 的 相 呈 球 状 并 呈 现 方 向 性,锻 件 2 锻 件 4的 相 呈 短 棒 状。GH4169 高 温 合 金 是 富 Nb 元 素 的铁 镍 基 高 温 合 金,在 合 金 锭 凝 固 过 程 中 析 出 针 状 的 相,在 后 续 的 热 变 形 过 程 中,长 针 状
35、的 相 溶 解成 为 球 状 或 短 棒 状,针 状 相 会 发 生 弯 曲、扭 折 和切 断 等 以 协 调 塑 性 变 形,其 形 貌、数 量 与 热 变 形 的变 形 量、终 锻 温 度 及 热 加 工 后 的 冷 却 速 度 有 关16。锻 件 1 的 相 呈 球 状,并 呈 现 方 向 性,这 是 由 于 单方 向 镦 粗 并 且 局 部 位 置 变 形 量 小,导 致 相 未 有效 破 碎。锻 件 2 锻 件 4 采 用 了 镦 拔,提 高 了 变 形量,并 消 除 了 相 的 方 向 性,通 过 对 终 锻 温 度 的控 制,析 出 了 合 适 的 短 棒 状 相。适 量 的 相
36、 呈 颗粒 状 或 短 棒 状 在 晶 界 上 弥 散 分 布,是 GH4169 高 温合 金 锻 件 具 有 良 好 高 温 综 合 性 能 的 基 础17。2.3 力 学 性 能 测 试对 锻 件 进 行 解 剖,采 用 线 切 割 取 样 并 进 行 高 温5 1 第 3 期 刘 洋 等:燃 气 轮 机 用 IN718 高 温 合 金 改 锻 工 艺 图 8 锻 件 的 晶 粒 度(a)锻 件 1(b)锻 件 2(c)锻 件 3(d)锻 件 4Fig.8 Grain degrees of forgings(a)Forgings 1(b)Forgings 2(c)Forgings 3(d)
37、Forgings 4拉 伸、室 温 拉 伸、高 温 持 久、冲 击 等 力 学 性 能 测 试,各 项 力 学 性 能 的 测 试 结 果 如 表 5 和 图 10 所 示,其中,Rm为 抗 拉 强 度,ReL为 屈 服 强 度,A 为 伸 长 率,Z 为 断 面 收 缩 率,为 持 久 寿 命,Akv为 冲 击 功。GH4169 高 温 合 金 中 相 的 数 量 和 形 貌 是 影 响 拉 伸性 能 及 持 久 性 能 等 的 重 要 因 素18-19,从 图 9 可 以看 出,4 个 锻 件 的 相 呈 短 棒 状 或 球 状 均 匀 分 布,但 锻 件 1 中 相 的 局 部 位 置
38、呈 现 方 向 性,整 体 性 能6 1 锻 压 技 术 第 48 卷图 9 锻 件 的 相 形 貌(a)锻 件 1(b)锻 件 2(c)锻 件 3(d)锻 件 4Fig.9 phase morphologies of forgings(a)Forgings 1(b)Forgings 2(c)Forgings 3(d)Forgings 4最 低。较 小 的 晶 粒 度 可 以 显 著 提 高 GH4169 高 温 合金 的 力 学 性 能,细 晶 可 以 获 得 较 高 的 合 金 强 度。锻 件 1 中 含 有 较 多 的 粗 晶,力 学 性 能 较 其 余 锻 件 低10 30 MPa;锻
39、 件 3 的 晶 粒 最 细,达 到 了 10.0 级,从 表 4 也 可 以 看 出,锻 件 3 的 综 合 力 学 性 能 是 最 优的。7 1 第 3 期 刘 洋 等:燃 气 轮 机 用 IN718 高 温 合 金 改 锻 工 艺 表 5 锻 件 的 力 学 性 能T a b l e 5 M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f f o r g i n g s锻 件室 温 拉 伸 高 温 拉 伸 650/690 MPa 持 久 700/515 MPa 持 久Rm/MPa ReL/MPa A/%Z/%Rm/MPa ReL/MPa A/%Z/%/
40、h A/%Z/%/h A/%Z/%Akv/J1141214141145115726.026.031.531.51093115194495521.033.040.062.573.473.53429555658.363.1314567.57027.027.525.5均 值 1413 1151 26 31.5 1122 949.5 27 51.25 73.45 31.5 55.5 60.7 38 68.75 26.72139314551184116625.022.035.034.01140114994895528.030.559.063.086.778.821.034.024.057.559.485
41、.349.037.071.066.029.533.034.0均 值 1424 1175 23.5 34.5 1144.5 951.5 29.25 61 82.75 27.5 40.75 72.35 43 68.5 32.231440142011701130232430331150115097097038.53461.56473.561.235.040.0404036.924.732.033.07869.527.523.021.5均 值 1430 1150 23.5 31.5 1150 970 36.25 62.75 67.35 37.5 40 30.8 32.5 73.75 24.041400
42、14201170117024.522.041.537.01122112092695531.534.553.552.085.782.943.045.056.053.573.671.037.556.562.064.535.536.037.5均 值 1410 1170 23.25 39.25 1121 940.5 33 52.75 84.3 44 54.75 72.3 47 63.25 36.3图 10 不 同 锻 件 的 强 度 对 比Fig.10 Strength comparison of different forgings3 结 论(1)对 于 超 大 规 格 的 IN718 高 温 合
43、金 近 铸 锭 材料,直 接 镦 饼 时 其 上、下 端 面 位 置 始 终 处 于 小 变 形区,未 获 得 足 够 的 畸 变 能 来 充 分 破 碎 原 始 铸 态 晶 粒,进 行 水 浸 法 超 声 波 检 测 时 其 上、下 端 面 的 噪 声 水 平较 高,采 用 镦 拔 的 改 锻 技 术 可 明 显 改 善 锻 件 上、下端 面 的 变 形 量,降 低 噪 声 水 平。(2)锻 件 未 经 过 反 复 镦 拔,锻 件 内 部 存 在 双 重晶 粒 组 织,相 呈 球 状 并 呈 现 方 向 性,力 学 性 能 偏低。锻 件 经 过 反 复 镦 拔 可 获 得 等 轴 晶 组 织
44、 并 消 除 相 的 方 向 性,经 过 4 火 次 一 镦 一 拔 后 上、下 端 面 的变 形 量 基 本 保 持 稳 定。(3)锻 件 镦 拔 时 应 采 取 措 施 减 少 温 降,有 利 于动 态 再 结 晶 的 完 成,否 则 会 出 现 少 数 未 再 结 晶 的、顺 着 变 形 方 向 拉 长 的 扁 长 晶 粒。(4)在 1080 1010 反 复 镦 拔 制 成 的 锻 件,经970 固 溶+720 时 效 热 处 理,可 获 得 等 轴 细 晶 组织,大 晶 粒 得 到 有 效 破 碎,相 分 布 均 匀,超 声 波检 测 及 力 学 性 能 满 足 要 求 并 相 比
45、达 到 最 优。参 考 文 献:1 庄 景 云,杜 金 辉,邓 群,等.变 形 高 温 合 金 GH4169 M.北 京:冶 金 工 业 出 版 社,2006.Zhuang J Y,Du J H,Deng Q,et al.Wrought Superalloy GH4169M.Beijing:Metallurgical Industry Press,2006.2 黄 乾 尧,李 汉 康,等.高 温 合 金 M.北 京:冶 金 工 业 出 版社,2000.Huang Q Y,Li H K,et al.Superalloy M.Beijing:Metallur-gical Industry Pres
46、s,2000.3 江 和 甫.对 涡 轮 盘 材 料 的 需 求 及 展 望 J.燃 气 涡 轮 试 验 与研 究,2002,(4):1-6.Jiang H F.Requirements and forecast of turbine disk materialsJ.Gas Turbine Experiment and Research,2002,(4):1-6.4 郭 鸿 镇.合 金 钢 与 有 色 合 金 锻 造 M.西 安:西 北 工 业 大 学出 版 社,2009.Guo H Z.Alloy Steel and Nonferrous Alloy Forging M.Xian:North
47、west University of Technology Press,2009.8 1 锻 压 技 术 第 48 卷5 曹 国 鑫,张 麦 仓,董 建 新,等.Nb 含 量 对 GH4169 合 金 钢 锭凝 固 及 均 匀 化 过 程 相 演 化 规 律 的 影 响 J.稀 有 金 属 材 料 与工 程,2014,43(1):103-108.Cao G X,Zhang M C,Dong J X,et al.Effect of Nb content var-iations on precipitates evolution of GH4169 ingots during their so-l
48、idification and homogenization processes J.Rare Metal Materi-als and Engineering,2014,43(1):103-108.6 张 麦 仓,郑 磊,姚 志 浩,等.Nb 含 量 对 GH4169 合 金 钢 锭 偏析 规 律 的 影 响 J.热 加 工 工 艺,2013,42(10):45-49.Zhang M C,Zheng L,Yao Z H,et al.Effect of Nb content on mi-cro-segregation evolution of GH4169 ingots J.Hot Worki
49、ng Technology,2013,42(10):45-49.7 蒋 洪 德,任 静,李 雪 英,等.重 型 燃 气 轮 机 现 状 与 发 展 趋 势J.中 国 电 机 工 程 学 报,2014,34(29):5096-5102.Jiang H D,Ren J,Li X Y,et al.Status and development trend of the heavy duty gas turbine J.Proceedings of the CSEE,2014,34(29):5096-5102.8 杨 功 显,张 琼 元,高 振 桓,等.重 型 燃 气 轮 机 热 端 部 件 材 料发
50、展 现 状 及 趋 势 J.航 空 动 力,2019,(2):70-73.Yang G X,Zhang Q Y,Gao Z H,et al.Developing status and trends of hot component materials for heavy gas turbines J.Aer-ospace Power,2019,(2):70-73.9 张 慧,江 河,董 建 新.重 型 燃 气 轮 机 燃 烧 室 用 高 温 合 金 研 究进 展 J.兵 器 材 料 科 学 与 工 程,2021,44(6):148-156.Zhang H,Jiang H,Dong J X.Re
