一种细化镍基高温合金锻件晶粒组织的方法与流程

本发明属于锻造技术领域，涉及一种细化镍基高温合金锻件晶粒组织的方法。

背景技术：
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镍基高温合金具有较高的强度和塑性、良好的耐腐蚀和抗氧化性能，以及良好的疲劳性能，是目前航空领域中应用最广泛的合金材料之一，被广泛的应用于制造航空发动机涡轮盘、机匣、压气机盘和叶片等关键零件。

细化晶粒组织是锻件生产制造过程中的一个重要目标。锻造等热成形工艺之所以能细化晶粒组织，是因为材料在热变形过程中会发生动态再结晶行为。然而，对于镍基高温合金在单道次以及恒定的工况(温度、应变速率)变形时，需要较大应变才能发生完全动态再结晶，如对于GH4169合金，在变形温度980℃和应变速率0.001s^-1，使其发生95％的动态再结晶所需等效应变达到1.7(相当于变形程度82％)。显然，在实际模锻过程中，这样的大应变是难以达到的。虽然增大变形温度和降低应变速率，可以降低动态再结晶完全发生所需的应变，但是其会增大动态再结晶晶粒尺寸，明显地影响了晶粒细化效果。因此，急需发明一种新方法，利用该方法既能有效地降低镍基高温合金动态再结晶发生完全所需的应变，又能使得其再结晶晶粒组织细小。

技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种细化镍基高温合金锻件晶粒组织的方法，其特征是采用中间保温的双道次变应变速率工艺促进合金发生完全的再结晶，且无需增加变形温度或降低终锻阶段的应变速率，从而达到以较小的总变形量细化镍基高温合金锻件晶粒组织的目的，解决了现有方法难以在较小的应变条件下得到动态再结晶程度完全、晶粒细小的镍基高温合金锻件晶粒组织的难题。

本发明解决上述难题的方案是：

步骤1：将镍基高温合金锻坯进行固溶预处理，然后立即淬火；固溶预处理的工艺为：将锻坯加热至1010～1040℃保温，保温时间为0.7小时～0.9小时；

步骤2：将步骤1获得的锻坯加热至970℃～1010℃，保温至锻坯温度均匀后，采用中间保温的双道次变应变速率工艺对坯料施加变形；其具体工艺为：第一道次锻坯的应变速率为0.05s^-1～0.1s^-1，第一道次锻坯的变形量为20％～35％，第二道次锻坯的应变速率为0.01s^-1～0.001s^-1，两道次间的间隔时间为60s～240s，锻坯两道次的总变形量为50％～60％；

步骤3：变形结束后，立即对锻件淬火。

本发明的有益效果为：该方法充分利用了变形—位错—双道次保温—亚动态和动态再结晶的相互作用机制，最终实现了以相对较小的总变形量达到细化镍基高温合金锻件晶粒组织的目的，为镍基高温合金锻件的品质跃升提供了新技术。

附图说明：

图1 GH4169合金锻坯经过固溶预处理之后的组织；

图2实施例1的应变速率—应变曲线；

图3实施例1采用中间保温的双道次变应变速率工艺获得的GH4169合金锻件的晶粒组织；

图4实施例1对比实验获得的GH4169合金锻件的晶粒组织：(a)恒应变速率为0.1s^-1；(b)恒应变速率为0.01s^-1；(c)变应变速率0.1s^-1-0.01s^-1；

图5实施例2的应变速率—应变曲线；

图6实施例2采用中间保温的双道次变应变速率工艺获得的GH4169合金锻件的晶粒组织；

图7实施例2对比实验获得的GH4169合金锻件的晶粒组织：(a)恒应变速率为0.1s^-1；(b)恒应变速率为0.001s^-1；(c)变应变速率0.1s^-1-0.001s^-1。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明是一种细化镍基高温合金锻件晶粒组织的方法，下面所有实施例中均选用典型的镍基高温合金—GH4169合金锻件为对象，其化学成分如表1所示。

表1本发明实例中所用材料的GH4169合金成分(wt.％)

实施例1

步骤1：将GH4169合金锻坯进行固溶预处理，然后立即淬火；固溶预处理的工艺为：将锻坯加热至1040℃保温，保温时间为0.75小时；GH4169合金锻坯经步骤1的预处理之后的组织如图1所示，通过固溶处理，得到了均匀的晶粒组织，通过截线法可以测得其平均晶粒尺寸约为75μm。

步骤2：将步骤1获得的锻坯加热至1010℃，保温至锻坯温度均匀后，采用中间保温的双道次变应变速率工艺对坯料施加变形：第一道次锻坯的应变速率为0.1s^-1，第一道次锻坯的变形量为30％(真应变0.35)，第二道次锻坯的应变速率为0.01s^-1，两道次间的间隔时间为60s，锻坯经历两阶段变形后的总变形量为60％(真应变0.92)；实施例1的应变速率与应变的关系如图2所示。

步骤3：变形结束后，立即对锻坯淬火。

对GH4169合金锻件进行金相观察，结果如图3所示。对比图3和图1可知，本发明的方法可以达到促进GH4169合金动态再结晶发生完全、细化晶粒组织的目的。为了证明本发明方法的优越性，进行了对比实验，对比实验所选用的变形温度和锻坯的总变形量与本发明实施例1相同，区别在于对比实验采用恒应变速率以及无保温的变应变速率方式进行变形。图4(a)所示为以恒应变速率0.1s^-1变形至总变形量60％(真应变0.92)时获得金相组织；图4(b)所示为以恒应变速率0.01s^-1变形至总变形量60％(真应变0.92)时获得金相组织。图4(c)所示为先以恒应变速率0.1s^-1变形至总变形量30％(真应变0.35)，然后迅速降低应变速率至0.01s^-1，再压缩至总变形量60％(真应变0.92)时获得的金相组织。由图4(a)可知，以恒应变速率0.1s^-1变形至60％的变形量，在原始大晶界周围只发现少量的动态再结晶晶粒，金属组织以原始大晶粒为主。而在图4(b)和(c)中，也只发生了部分的动态再结晶，金相组织为混晶，未达到晶粒细化效果。因此，对比实验证明了本发明提出的方法具有优越性。

实施例2

步骤1：将GH4169合金锻坯进行固溶预处理，然后立即淬火；固溶预处理的工艺为：将锻坯加热至1040℃保温，保温时间为0.75小时；GH4169合金锻坯经步骤1的预处理之后的组织如图1所示，通过固溶处理，得到了均匀的晶粒组织，通过截线法可以测得其平均晶粒尺寸约为75μm。

步骤2：将步骤1获得的锻坯加热至980℃，保温至锻坯温度均匀后，采用中间保温的双道次变应变速率工艺对坯料施加变形：第一道次锻坯的应变速率为0.1s^-1，第一道次锻坯的变形量为30％(真应变0.35)，第二道次锻坯的应变速率为0.001s^-1，两道次间的间隔时间为120s，锻坯经历两阶段变形后的总变形量为60％(真应变0.92)；实施例1的应变速率与应变的关系如图5所示。

步骤3：变形结束后，立即对锻坯淬火。

对GH4169合金锻件进行金相观察，结果如图6所示。对比图6和图1可知，本发明的方法可以达到促进GH4169合金动态再结晶发生完全、细化GH4169合金晶粒组织的目的。为了证明本发明方法的优越性，进行了对比实验，对比实验所选用的变形温度和锻坯的总变形量与本发明实施例1相同，区别在于对比实验采用恒应变速率以及无保温的变应变速率方式进行变形。图7(a)所示为以恒应变速率0.1s^-1变形至总变形量60％(真应变0.92)时获得金相组织；图7(b)所示为以恒应变速率0.001s^-1变形至总变形量60％(真应变0.92)时获得金相组织。图7(c)所示为先以恒应变速率0.1s^-1变形至总变形量30％(真应变0.35)，然后迅速降低应变速率至0.001s^-1，再压缩至总变形量60％(真应变0.92)时获得的金相组织。由图7(a)可知，以恒应变速率0.1s^-1变形至60％的变形量，在原始大晶界周围只发现少量的动态再结晶晶粒，金属组织以原始大晶粒为主。在图7(b)中，由于以恒应变速率0.1s^-1变形至60％的变形量，使得动态再结晶程度较高，但金相组织中仍存在少量的原始大晶粒，动态再结晶程度不够完全。图7(c)与图7(b)结果类似。因此，对比实验证明了本发明提出的方法具有优越性。