一種GH4738合金模鍛件及其制備方法與流程

本發(fā)明涉及金屬材料技術領域，特別涉及一種GH4738合金模鍛件及其制備方法。

背景技術：

GH4738合金是一種Ni-Cr-Co基沉淀硬化型變形高溫合金，具有較好的強韌性匹配，即在高強度條件下又具有足夠的韌性，同時表現(xiàn)出很低的裂紋擴展速率，且具有良好的組織和性能穩(wěn)定性，在760～870℃具有較高的屈服強度和抗疲勞性能，適用于制作渦輪盤、工作葉片等高溫部件，在地面煙機和先進航空發(fā)動機中都有廣泛應用。

鎳基高溫合金渦輪盤的鍛造一般采用自由鍛+模鍛方式。對于渦輪盤間封嚴環(huán)件，必須保證鍛后晶粒尺寸較小，才能使合金具有較高的拉伸強度和低周疲勞強度。相對于地面大型煙機渦輪盤件，航空渦輪盤件體積更小，但轉速更快，因此需要更加均勻細小的晶粒組織以獲得更高、更穩(wěn)定的強度和抗疲勞性能，晶粒度需達到ASTM5級或更細。而GH4738合金材料本身的晶粒組織對熱加工參數(shù)非常敏感，鍛造溫度過高時易出現(xiàn)粗晶、混晶現(xiàn)象，鍛造溫度過低時又很容易開裂。因此，鍛后盤件的平均晶粒尺寸分布情況是工藝控制的一個主要目標因素。

中國專利CN 103341586 A公開了一種實現(xiàn)GH4738鎳基高溫合金渦輪盤成形方法，對于GH4738盤間封嚴環(huán)模鍛件的鍛造方法采用如下步驟實現(xiàn)：1、采用硬包套+保溫棉復合保溫法；2、兩火次加熱，在1080℃進行鐓餅沖孔，模具溫度不低于350℃；3、在1080℃下進行一次模鍛成形；4、固溶處理，在1020℃保溫4h油冷，然后進行雙時效處理，溫度為845℃保溫4h進行空冷，再以60℃/min冷卻到760℃保溫16h空冷。該專利中的成形方法所獲得鍛件經(jīng)固溶時效后組織為混晶，部分區(qū)域組織為70％6級+30％9級混晶，整體晶粒度不能滿足GH4738盤間封嚴環(huán)模鍛件6級勻晶，允許2級晶粒度級差的要求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種GH4738合金模鍛件及其制備方法。本發(fā)明制備得到的GH4738合金模鍛件能夠滿足GH4738盤間封嚴環(huán)模鍛件6級勻晶，允許2級晶粒度級差的要求。

本發(fā)明提供了一種GH4738合金模鍛件的制備方法，包括以下步驟：

(1)將GH4738合金坯料在1040～1060℃進行鐓餅，得到餅坯；

(2)將所述步驟(1)得到的餅坯在1040～1060℃進行第一模鍛，得到預制坯；

(3)將所述步驟(2)得到的預制坯在1050～1060℃進行第二模鍛，第二模鍛的變形量不高于10％，得到終鍛件；

(4)將所述步驟(3)得到的終鍛件進行熱處理，得到GH4738合金模鍛件。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中GH4738合金坯料的晶粒度為6級以上。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中鐓餅的變形量為40～50％。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中鐓餅的變形速率為2～4mm/s。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中第一模鍛的變形量為40～50％。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中第一模鍛的變形速率為2～4mm/s。

優(yōu)選的，所述步驟(3)中第二模鍛的變形速率為2～4mm/s。

優(yōu)選的，所述步驟(3)中第二模鍛用模具的溫度為350℃以上。

優(yōu)選的，所述步驟(4)中的熱處理包括：將所述終鍛件進行固溶處理后，再進行雙時效處理得到GH4738合金模鍛件。

本發(fā)明還提供了上述技術方案所述制備方法制備的GH4738合金模鍛件，微觀組織為6級勻晶，級差≤2級。

本發(fā)明提供了一種GH4738合金模鍛件的制備方法，包括以下步驟：將GH4738合金坯料在1040～1060℃進行鐓餅，然后在1040～1060℃進行第一模鍛，再在1050～1060℃進行第二模鍛，最后進行熱處理，得到GH4738合金模鍛件。本發(fā)明提供的制備方法包括鐓餅、第一模鍛、第二模鍛和熱處理，通過控制鐓餅、第一模鍛和第二模鍛的溫度，以及第二模鍛的變形量，避免了終鍛變形量較大時再結晶很難充分完成導致的混晶組織，得到晶粒細小均勻的GH4738合金模鍛件。實驗結果表明，本發(fā)明提供的制備方法制備的GH4738合金模鍛件微觀組織為6級勻晶，級差≤2級。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1中使用的GH4738合金坯料的顯微組織圖；

圖2為本發(fā)明實施例1中制備的GH4738合金模鍛件的顯微組織圖；

圖3為本發(fā)明實施例2中制備的GH4738合金模鍛件的顯微組織圖；

圖4為本發(fā)明實施例3中制備的GH4738合金模鍛件的顯微組織圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種GH4738合金模鍛件的方法，包括以下步驟：

(1)將GH4738合金坯料在1040～1060℃進行鐓餅，得到餅坯；

(2)將所述步驟(1)得到的餅坯在1040～1060℃進行第一模鍛，得到預制坯；

(3)將所述步驟(2)得到的預制坯在1050～1060℃進行第二模鍛，第二模鍛的變形量不高于10％，得到終鍛件；

(4)將所述步驟(3)得到的終鍛件進行熱處理，得到GH4738合金模鍛件。

本發(fā)明將GH4738合金坯料在1040～1060℃進行鐓餅，得到餅坯。在本發(fā)明中，所述GH4738合金坯料的晶粒度優(yōu)選為6級以上，更優(yōu)選為6級以上勻晶。本發(fā)明對所述GH4738合金坯料的形狀和尺寸沒有特殊的限定，根據(jù)模鍛件的最終形狀和尺寸進行調整即可。在本發(fā)明中，所述GH4738合金坯料的形狀優(yōu)選為圓柱體；所述圓柱體的直徑優(yōu)選為290～300mm；所述圓柱體的高度優(yōu)選為400～410mm。

在本發(fā)明中，所述鐓餅的溫度優(yōu)選為1045～1055℃，更優(yōu)選為1048～1052℃。在本發(fā)明中，所述鐓餅的變形量優(yōu)選為40～50％，更優(yōu)選為42～47％。在本發(fā)明中，所述鐓餅的變形速率優(yōu)選為2～4mm/s，更優(yōu)選為2.5～3mm。在本發(fā)明中，所述鐓餅用模具的溫度優(yōu)選為350℃以上，更優(yōu)選為360～500℃，最優(yōu)選為400～450℃。本發(fā)明對所述鐓餅的裝置沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的鐓餅的裝置即可。在本發(fā)明中，所述鐓餅優(yōu)選在液壓機上進行。

完成鐓餅后，本發(fā)明優(yōu)選根據(jù)所需形狀將所述鐓餅的產(chǎn)物進行沖孔，得到餅坯。在本發(fā)明中，所述沖孔的溫度優(yōu)選為1040～1060℃，更優(yōu)選為1045～1055℃，最優(yōu)選為1048～1052℃。在本發(fā)明中，所述沖孔用模具的溫度優(yōu)選為350℃以上，更優(yōu)選為360～500℃，最優(yōu)選為400～450℃。本發(fā)明對所述孔的尺寸沒有特殊的限定，根據(jù)產(chǎn)品所需尺寸進行調整即可。在本發(fā)明中，所述孔的直徑優(yōu)選為185～190mm。

本發(fā)明對所述沖孔的裝置沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的沖孔的設備即可。在本發(fā)明中，所述沖孔優(yōu)選在液壓機上進行。在本發(fā)明中，所述沖孔過程中，液壓機下壓速度優(yōu)選為8～10mm/s。

得到餅坯后，本發(fā)明將所述餅坯在1040～1060℃進行第一模鍛，得到預制坯。在本發(fā)明中，所述第一模鍛的溫度優(yōu)選為1045～1055℃，更優(yōu)選為1048～1052℃。在本發(fā)明中，所述第一模鍛的變形量優(yōu)選為40～50％，更優(yōu)選為42～47％。在本發(fā)明中，所述第一模鍛的變形速率優(yōu)選為2～4mm/s，更優(yōu)選為2.5～3mm。在本發(fā)明中，所述第一模鍛用模具的溫度優(yōu)選為350℃以上，更優(yōu)選為360～500℃，最優(yōu)選為400～450℃。本發(fā)明對所述第一模鍛的裝置沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的模鍛的裝置即可。在本發(fā)明中，所述第一模鍛優(yōu)選在液壓機上進行。在本發(fā)明中，所述第一模鍛可以降低終鍛的變形量，避免終鍛變形量較大時再結晶很難充分完成導致的混晶組織，得到晶粒細小均勻的GH4738合金模鍛件。

得到預制坯后，本發(fā)明將所述預制坯在1050～1060℃進行第二模鍛，第二模鍛的變形量不高于10％，得到終鍛件。在本發(fā)明中，所述第二模鍛的溫度優(yōu)選為1052～1058℃，更優(yōu)選為1054～1056℃。在本發(fā)明中，所述第二模鍛的變形量優(yōu)選為2～8％，更優(yōu)選為4～6％。在本發(fā)明中，所述第二模鍛的變形速率優(yōu)選為2～4mm/s，更優(yōu)選為2.5～3mm。在本發(fā)明中，所述第二模鍛用模具的溫度優(yōu)選為350℃以上，更優(yōu)選為360～500℃，最優(yōu)選為400～450℃。本發(fā)明對所述第二模鍛的裝置沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的模鍛的裝置即可。在本發(fā)明中，所述第二模鍛優(yōu)選在液壓機上進行。在本發(fā)明中，所述第二模鍛為終鍛，通過小變形量得到晶粒尺寸均勻的模鍛件。

為去除鍛造后工件表面的雜質，本發(fā)明優(yōu)選在第二模鍛完成后，將所述第二模鍛得到的產(chǎn)物進行粗加工，得到終鍛件。本發(fā)明對所述粗加工的操作沒有特殊的限定，根據(jù)產(chǎn)品所需形狀進行選擇即可。

得到終鍛件后，本發(fā)明將所述終鍛件進行熱處理，得到GH4738合金模鍛件。在本發(fā)明中，所述熱處理優(yōu)選包括：將所述終鍛件進行固溶處理后，再進行雙時效處理。

本發(fā)明對所述固溶處理和雙時效處理的操作沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的GH4738合金固溶和時效處理的技術方案即可。本發(fā)明優(yōu)選按照熱處理手冊中規(guī)定的GH4738合金固溶和時效處理標準進行熱處理。在本發(fā)明中，所述固溶處理的溫度優(yōu)選為1015～1025℃，更優(yōu)選為1018～1022℃；所述固溶處理的保溫時間優(yōu)選為3.8～4.2h；所述固溶處理的冷卻方式優(yōu)選為油冷。

在本發(fā)明中，所述雙時效處理的一級時效溫度優(yōu)選為840～850℃，更優(yōu)選為842～848℃；所述一級時效時間優(yōu)選為3.8～4.2h；所述一級時效冷速為55～65℃/min。在本發(fā)明中，所述雙時效處理的二級時效溫度為755～765℃，更優(yōu)選為758～762℃；所述二級時效時間優(yōu)選為15～17h；所述二級時效的冷卻方式優(yōu)選為空冷。

本發(fā)明還提供了上述技術方案所述制備方法制備的GH4738合金模鍛件，微觀組織為6級勻晶，級差≤2級。

為了進一步說明本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明提供的GH4738合金模鍛件及其制備方法進行詳細地描述，但不能將它們理解為對本發(fā)明保護范圍的限定。

實施例1:

將Φ290×405mm晶粒度為6級勻晶的GH4738合金坯料在1040℃下進行鐓餅，模具溫度400℃，變形量50％；

并在1040℃溫度下進行沖孔，孔徑Φ190mm，模具溫度400℃，液壓機壓下速率為10mm/s；

在1040℃溫度下進行第一模鍛，模具溫度400℃，變形量40％，液壓機壓下速率為3mm/s；

在1060℃條件下進行第二模鍛，模具溫度400℃，變形量10％，液壓機壓下速率為3mm/s；

對模鍛件進行粗加工；

固溶處理：鍛件在1020℃保溫4h后油冷；然后進行雙時效處理：溫度為845℃保溫4h進行空冷，再以60℃/min冷卻到760℃保溫16h空冷，得到GH4738合金模鍛件。

本實施例使用的GH4738合金坯料顯微組織圖如圖1所示，從圖中可以看出，GH4738合金坯料晶粒度為6級勻晶。

本實施例制備的GH4738合金模鍛件顯微組織圖如圖2所示，從圖中可以看出，本實施例制備的GH4738合金模鍛件，微觀組織為6級勻晶，級差≤2級。

實施例2:

將實施例1中使用的GH4738合金坯料在1040℃下進行鐓餅，模具溫度400℃，變形量50％；

并在1040℃溫度下進行沖孔，孔徑Φ190mm，模具溫度400℃，液壓機壓下速率為10mm/s；

在1050℃溫度下進行第一模鍛，模具溫度400℃，變形量40％，液壓機壓下速率為3mm/s；

在1060℃條件下進行第二模鍛，模具溫度400℃，變形量10％，液壓機壓下速率為3mm/s；

對模鍛件進行粗加工；

固溶處理：鍛件在1020℃保溫4h后油冷；然后進行雙時效處理：溫度為845℃保溫4h進行空冷，再以60℃/min冷卻到760℃保溫16h空冷，得到GH4738合金模鍛件。

本實施例制備的GH4738合金模鍛件顯微組織圖如圖3所示，從圖中可以看出，本實施例制備的GH4738合金模鍛件，微觀組織為6級勻晶，級差≤2級。

實施例3:

將實施例1中使用的GH4738合金坯料在1040℃下進行鐓餅，模具溫度400℃，變形量50％；

并在1040℃溫度下進行沖孔，孔徑Φ190mm，模具溫度400℃，液壓機壓下速率為10mm/s；

在1050℃溫度下進行第一模鍛，模具溫度400℃，變形量40％，液壓機壓下速率為3mm/s；

在1050℃條件下進行第二模鍛，模具溫度400℃，變形量10％，液壓機壓下速率為3mm/s；

對模鍛件進行粗加工；

固溶處理：鍛件在1020℃保溫4h后油冷；然后進行雙時效處理：溫度為845℃保溫4h進行空冷，再以60℃/min冷卻到760℃保溫16h空冷，得到GH4738合金模鍛件。

本實施例制備的GH4738合金模鍛件顯微組織圖如圖4所示，從圖中可以看出，本實施例制備的GH4738合金模鍛件，微觀組織為6級勻晶，級差≤2級。

由以上實施例可以看出，本發(fā)明提供的GH4738合金模鍛件微觀組織為6級勻晶，級差≤2級，能夠滿足GH4738盤間封嚴環(huán)組織要求。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。