劉 智 岳太文 劉旭輝
(1.無錫派克重型鑄鍛有限責任公司,江蘇214161;2.成都航空職業(yè)技術學院航空制造工程系,四川610100;3.成都航空職業(yè)技術學院航空維修工程系,四川610100)
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GH4169拉桿鍛件成形工藝分析
劉智1岳太文2劉旭輝3
(1.無錫派克重型鑄鍛有限責任公司,江蘇214161;2.成都航空職業(yè)技術學院航空制造工程系,四川610100;3.成都航空職業(yè)技術學院航空維修工程系,四川610100)
針對GH4169拉桿鍛件的技術指標要求,對鍛件的成形工藝方案進行分析,結(jié)合生產(chǎn)實際,制定了合理的鍛造工藝方案,總結(jié)了一套專門的工藝制造路線,生產(chǎn)出了符合技術要求的拉桿鍛件。
GH4169;拉桿;鍛造工藝
GH4169合金是一種廣泛用于航空發(fā)動機零件的時效硬化型合金,該合金的成分與美國Inconel718相近,在-253~700℃的溫度范圍內(nèi)具有良好的綜合性能,在高溫氧化和燃氣腐蝕條件下,能夠承受復雜應力,并長期可靠的工作[1-3]。該合金的另一特點是合金組織和性能對熱加工工藝非常敏感,若加工過程控制不當會產(chǎn)生粗晶、混晶等現(xiàn)象,影響合金產(chǎn)品的疲勞性能、持久性能、缺口敏感性和沖擊韌度[4]。掌握合金中相析出和溶解規(guī)律及組織與工藝、性能間的相互關系,可針對不同的使用要求制定合理、可行的工藝規(guī)程,就能獲得可滿足不同強度級別和使用要求的各種零件[5]。我公司承擔了GH4169合金拉桿鍛件的試制工作,成功實現(xiàn)了該合金拉桿鍛件的國產(chǎn)化,總結(jié)了一套專門的工藝制造路線,可完全滿足后期批量化生產(chǎn)。
試制鍛件的原材料為美國CARPENTER公司提供的軋制棒材,尺寸規(guī)格為?150mm,鍛件直徑為?95mm。
(1)組織要求。低倍組織不應有目視可見的疏松、針孔、裂紋、縮孔、偏析、夾雜等冶金缺陷。從鍛件試驗件不同位置上切取試樣測定晶粒度,平均晶粒度應為7級或更細。
(2)力學性能。鍛件的力學性能要求見表1。
2.1鍛件原材料
鍛件原材料采用真空感應+真空自耗方法熔煉,爐號為W68849,原材料的化學成分見表2。原材料低倍組織檢查無目視冶金缺陷,原材料棒材中心晶粒度為3級,1/2R處晶粒度為3級,圓周處晶粒度為7級。
表1 拉桿的力學性能要求和檢測結(jié)果Table 1 The mechanical property requirements and tested results of tie rod
表2 原材料的化學成分(質(zhì)量分數(shù),%)Table 2 Chemical composition of raw material (mass fraction, %)
2.2鍛造工藝
由于拉桿鍛件尺寸較大,必須選用合適的鍛造工藝參數(shù)才能生產(chǎn)出符合技術要求的鍛件。一般情況下,合金的鍛造溫度越高,晶粒尺寸越大,反之,晶粒尺寸越小。當鍛造加熱溫度一定時,變形量越大則晶粒尺寸越小,反之晶粒越大。因此,鍛造溫度和變形量的合理控制是獲得GH4169 合金細晶強化合金材料的關鍵工藝[6]。GH4169合金鍛造加熱溫度為1 000~1 050℃時,鍛件晶粒度可控制在技術條件要求的范圍內(nèi)。合金的鍛造火次與變形量的分配對合金晶粒度影響較大,材料一火次變形量對合金晶粒度影響較大。一般不宜采用較小變形量,因為過小變形量會導致鍛件局部晶粒長大現(xiàn)象,二火次鍛造后可以獲得較細的組織[7]。本次試制采用我公司10.5MN快鍛機鍛造,鍛造加熱溫度為1 020±10℃,二火次鍛造。具體方法是:從?150mm×1 000mm拔長至100mm×100mm×1 770mm,以較大的一火次變形量獲得較細的均勻組織,然后鍛件四角倒棱回爐1 020℃保溫50min,出爐鍛造拔長至?95mm×2 500mm,總體變形量為60%,可以獲得滿足技術要求的組織。
2.3拉桿鍛件的熱處理工藝
GH4169合金的主要強化相為γ′′和γ′相,且其數(shù)量、分布與采用的熱處理制度密切相關,并對合金的力學及持久蠕變性能具有非常重要的影響。我公司采用的熱處理工藝路線如圖1和圖2。其中,固溶處理主要控制析出相的溶解,時效處理第1 階段(720℃)主要控制γ′′相的成核點數(shù)量,第2 階段(620℃)主要控制γ′′相的長大速度,許多資料認為采用此種熱處理制度能獲得良好的綜合力學性能[8]。
根據(jù)生產(chǎn)試制情況,我們對試制的鍛件在鍛件一端頭切取200mm長試樣進行了理化測試,檢測結(jié)果如下:
(1)低倍組織正常,未見冶金缺陷。
圖1 固溶加熱曲線Figure 1 Solid solution heat treatment curve
圖2 時效加熱曲線Figure 2 Aging heat treatment curve
圖3 高倍組織取樣圖Figure 3 Sampling sketch for microstructure
圖4 鍛件晶粒度照片F(xiàn)igure 4 Photograph of grain size of forging
(2)取樣位置見圖3。鍛件晶粒度照片見圖4。按金屬平均晶粒度測試方法,檢測拉桿鍛件的晶粒度為7級,滿足標準要求。
(3)拉桿鍛件的力學性能檢測結(jié)果見表1,符合標準要求。
通過對GH4169拉桿鍛件的成形工藝進行分析,確定了生產(chǎn)工藝并進行了試制。鍛件的理化檢測結(jié)果表明,所制定的成形工藝方案是可行的,GH4169拉桿完全可以國產(chǎn),并滿足某型燃機的相關要求。我公司在國產(chǎn)化試制過程中,總結(jié)了一套專門的工藝制造路線,能夠生產(chǎn)出滿足力學性能和金相組織要求的鍛件。
[1]師昌緒,李恒德,周廉.材料科學與工程手冊(上卷)[M].北京:化學工業(yè)出版社,2004.
[2]ElihuFB.SuperAlloys:ATechnicalGuide[M].Ohio:ASMInternational,1988.
[3]吳澤,姚澤坤,郭鴻鎮(zhèn),等. 700~800℃溫度下GH4169合金的組織演化和力學性能研究[J].鍛壓技術,2007,32(2):90-93.
[4]羅鴻飛,劉有云,宋健,等.GH4169超大型異型環(huán)軋件制造工藝研究[J].航空制造技術,2014,(7):49-52.
[5]孔永華,胡華斌,李龍,等.GH4169 合金不同鍛造工藝的組織與性能[J].稀有金屬材料與工程,2011,40(2):225-228.
[6]王春光,王東哲,萬紅,等.鍛造及熱處理工藝對GH4169 合金組織與性能的影響[J].鍛壓技術,2014,39(12):15-18.
[7]岳太文,姚澤坤,郭鴻鎮(zhèn),等.多火次熱模鍛造GH4133A合金晶粒度與組織變化[J].鍛壓技術,2008,33(2):15-18.
[8]田速貴,王欣,劉臣,等.熱處理制度對GH4169G合金微觀組織與蠕變性能的影響[J].中國有色金屬學報,2013,23(1):108-115.
編輯杜青泉
FormingProcessAnalysisofGH4169TieRodForging
LiuZhi,YueTaiwen,LiuXuhui
TheformingprocessofGH4169tierodforginghasbeenanalyzedaccordingtothetechnicalrequirements.Bycombiningwiththeactualproduction,thereasonableforgingprocesshasbeenprepared.Meanwhile,aseriesofspecializedmanufactureprocedurehasbeensummarized,andthetierodforgingwhichmeetsthetechnicalrequirementshasbeenmanufactured.
GH4169;tierod;forgingprocess
2016—04—08
劉智(1982—),男,工程師,主要研究方向:難變形材料鍛造成形工藝。電話:13915338659,E-mail:liuzhiccc@163.com
TG316A