精化工艺：GH4169合金大型异形机匣锻件的组织性

作者：admin 发布时间：2024-12-09 16:40点击：

国内GH4169合金，作为美国Inconel718合金的衍生产品，是一种沉淀强化型Ni-Cr-Fe基高温合金。其强化相主要由γ"相（体心四方）和γ'相（面心立方）构成，能够在-253℃至650℃的温度范围内长时间服役，短时间甚至在800℃下仍能保持稳定，展现出卓越的力学性能。因此，GH4169合金在航空航天、船舶、核电等领域得到了广泛应用。
针对GH4169合金，国内学者展开了深入研究。陈文豪等通过数值模拟探讨了涡轮盘锻造成形过程，发现相较于变形速度，变形温度对涡轮盘锻件性能的影响更为显著。高温变形有助于材料的动态回复和再结晶，促进组织均匀化，但过高的终锻温度会导致晶粒显著粗化，从而影响涡轮盘的力学性能。朱丽娜等和王妙全等则分别研究了GH4169G和GH4169D高温合金锻件的持久寿命，发现持久寿命受晶粒尺寸、热处理制度和析出相的共同影响。张鑫等[未提供完整引用]则进一步探讨了变形工艺参数对GH4169合金再结晶的影响，指出采用先大变形后小变形的方式可获得细小均匀的再结晶晶粒，变形量的临界值为21%。
截至目前，GH4169合金主要用于生产涡轮转子叶片类、盘类锻件、轴类锻件和机匣类锻件等，这些高温合金零部件在航空发动机中的使用占比高达50%左右。其中，机匣类锻件在发动机工作中扮演着至关重要的角色，不仅为空气提供流通通道，还保护风扇叶片等内部结构。随着航空工业的快速发展，对大型一体化机匣类锻件的需求日益增加，因此研发高质量、高效率的机匣类锻件生产工艺对于我国航空工业的发展具有重要意义。
发动机机匣多为异性环件，传统上可通过局部半环焊接或机加矩形环生产，但这种方法生产的锻件整体性能较差，流线不连续，稳定性不足。为满足发展需求，贵州安大航空锻造有限责任公司开始探索异形环的整体成形技术。然而，受传统设计思维限制，设计方案趋于保守，导致锻件余量较大，不仅增加了材料成本，还限制了设备锻造能力，延长了机加工时间，降低了生产效率。近年来，公司引入了近净成形技术，该技术基于新材料、新能源、机电一体化、精密模具技术、计算机技术、自动化技术、数值分析及模拟技术等多学科高新技术成果，能够改造传统毛坯成形方式，实现由粗放型加工向优质、高效、高精度、轻量化和低成本的技术转变。
针对GH4169合金大型异形机匣锻件，本文设计了两种锻造工艺，并研究了锻造工艺对锻件组织性能的影响，以期优化出最佳工艺指导生产。
根据锻件的工艺可行性分析，大型机匣环锻件的成形工艺如下：下料→镦粗（滚圆，始锻温度为1000~1100℃，终锻温度≥930℃）→冲孔→马架扩孔→预轧→胎模锻（始锻温度为1000~1100℃，终锻温度≥930℃）→粗加工、探伤→胀形→终轧（始锻温度为1000~1100℃，终锻温度≥930℃）→热处理→理化检测→验收入库。

结论

1.
普通工艺锻件的组织均匀性较差，晶粒度分布在4.57.5级之间，平均晶粒度为6级。而精化工艺锻件的组织均匀性较好，晶粒度分布在78级之间，平均晶粒度为8级。
2.
3.
精化工艺能够细化晶粒，同时提高锻件的综合性能。具体表现为：室温抗拉强度达1447 MPa，屈服强度为1214 MPa，断后伸长率为18.5%，断面收缩率为39%；650℃高温抗拉强度为1180 MPa，屈服强度为1030 MPa，断后伸长率为32.5%，断面收缩率为64%。
4.
5.
精化工艺显著提高了GH4169合金的利用率（54.5%），同时节约了生产成本，创造了更多的经济和社会效益。
6.

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