锻造工艺对GH2909合金大规格棒材组织与性能的影响
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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GH2909合金是先进航空发动机实现间隙控制技术的重要工程材料，主要用于制造第四代发动机的涡轮中层机匣、承力环和蜂窝支撑环等间隙控制零件，以减少漏气损失、提高效率、降低耗油率。GH2909是在GH2907合金基础上提高了Si含量，调整了热处理工艺而发展起来的。GH2909是Fe-Ni-Co基时效硬化新型低膨胀高温合金，在650℃以下具有高的强度和塑性、低的热膨胀系数、几乎恒定的弹性模量以及良好的抗氧化和冷热疲劳等综合力学性能，可减少转动部件与静止部件之间的间隙，实现间隙控制，节约能源，降低消耗，提高发动机推力，是航空和航天发动机用的理想高温合金材料，因而在飞机发动机中得到了广泛应用。
多年来由于锻造设备条件的限制：仅有2000吨快锻压机，因而大规格高温合金锻棒生产是某公司高温合金发展的短板。GH2909合金大规格棒材的主要问题是：（1）组织粗大、不均匀，进而导致超声波探伤杂波高，甚至底波衰减严重；（2）性能检测数据波动大。随着锻造设备条件的改善：4500吨快锻压机和1800吨精锻机的投产，并为改善和提高GH2909合金大规格锻材质量，开展了锻造工艺对GH2909合金大规格棒材组织与性能的影响研究。
GH2909合金冶炼工艺路线为真空感应+真空电弧重熔，将Φ440mm电极真空电弧重熔成Φ508mm钢锭，钢锭经均匀化热处理后，锻造生产大规格高温合金锻材。
开坯锻造采用逐级降温大变形锻造工艺，每火次变形量均在30%以上；末火锻造加热温度：1000℃；大部分变形温度：≤955℃，终锻温度：≥870℃；并分别采用三种锻造方法：（1）2000吨快锻压机整支钢锭直接拔长+中切分段+分别一火锻造成材；（2）整支钢锭4500吨快锻压机两镦两拔+中切分段+分别一火1800吨精锻机成材；（3）4500吨快锻压机整支拔长+两端打钳口+中切分段+采用漏盘分别两镦两拔+1800吨一火精锻机成材；然后，在棒材上分别取中心、1/2R和边缘组织和横向性能试样，采用光学显微镜观察显微组织和检测力学性能，成品车光后超声波探伤检测。试验结果表明：
（1）2000吨快锻压机设备吨位局限明显。
（2）方法2锻后棒材横截面上中心、1/2R存在少量混晶组织，边缘晶粒达到8级，组织均匀细小。
（3）方法3锻后棒材横截面上中心、1/2R、边缘组织均匀，各部位晶粒较为一致，晶粒度在6级左右。方法3比方法1室温拉伸屈服强度和抗拉强度均增加70MPa以上，室温拉伸塑性也增加明显，达3%以上；高温拉伸屈服强度和抗拉强度均增加20MPa 以上，高温拉伸塑性有所降低；持久寿命降低，持久塑性相当。方法3与方法2各项性能检测结果相当。
因此，方法3，即采用4500吨压机整支拔长+两端打钳口+中切分段+采用漏盘分别两镦两拔+1800吨一火精锻机成材，可使GH2909合金大规格棒材组织均匀细小，获得满足标准指标要求的良好的综合性能。