一种循环加载与卸载变形细化gh4169合金锻件晶粒组织的方法
【技术领域】：
[0001] 本发明属于锻造技术领域，涉及一种循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件 晶粒组织的方法。
【背景技术】：
[0002] GH4169合金一种以γ "相（Ni3Nb)和γ '相（Ni3AlTi)为强化相的镍基高温 合金。由于GH4169合金通常在-253~700°C温度范围内具有良好的综合性能，特别是在 650°C以下的屈服强度居变形高温合金的首位，且具有良好的抗疲劳、抗蠕变、抗氧化、耐腐 蚀性能，以及良好的加工性能。因此，GH4169合金广泛应用于制造各种形状复杂、性能要求 特别高的航空、航天零部件。
[0003] 获得均匀细小的GH4169合金组织，是锻造等热加工工艺必须实现的关键目标。在 锻造等热变形过程中，动态再结晶机制是晶粒组织细化的最重要的途径。然而，研宄表明， GH4169合金发生完全的动态再结晶需要足够大的变形量，当变形量较小时，不完全的动态 再结晶会导致混晶的出现，将严重影响材料的力学性能。然而，由于模锻过程中摩擦等不确 定因素导致材料变形不均匀，难以保证各部位的应变均超过动态再结晶完全发生所需的最 小应变，小变形区将存在混晶现象。因此，急需发明一种新方法，利用该方法能降低GH4169 合金发生完全动态再结晶所需的应变，从而使得锻件小变形区也能发生完全的动态再结 晶，达到细化晶粒的目的。
[0004] 2007年8月22日公开的中国发明专利说明书CN101020949A (【申请号】 200710077668. 6)公开了一种GH4169合金等温锻造用细晶的制坯方法，所述的GH4169合金 等温锻造用细晶的制坯方法与本发明方法不同，该方法需要进行两次镦粗和拔长，最终再 进行一次辗轧变形达到细化晶粒的目的，其原理是采用反复大变形细化晶粒。该工艺相当 复杂，工序较多，加工成本较高。因此，急需提出一种能通过较小的变形量即可细化GH4169 合金锻件晶粒组织的方法。
【发明内容】
：
[0005] 本发明的目的在于提供一种循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件晶粒组织 的方法，该方法可以有效地降低GH4169合金发生完全动态再结晶所需的应变，解决了现有 细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法需要大变形的难题。
[0006] 本发明解决上述难题的方案是：
[0007] 步骤1 :将GH4169合金锻坯进行预处理，预处理工艺为：将锻坯加热至900°C~ 940°C保温，保温时间为10小时~14小时；
[0008] 步骤2 :将经过预处理后的GH4169合金锻坯加热至变形温度980°C~1010°C，保 温至锻坯温度均匀后，进行多次循环加载与卸载变形，循环加载与卸载变形工艺为：锻坯的 变形速率为〇. OOlfT1~0.005s Λ变形量每隔5%~10%进行一次卸载和重加载，每次卸载 时间为IOs~15s，锻坯的总变形量为45%~70% ;
[0009] 步骤3 :变形结束后，立即对锻件淬火。
[0010] 本发明的有益效果为：该方法充分利用了应变速率对GH4169合金动态再结晶的 影响规律，采用多次循环加载与卸载变形，加速了动态再结晶发生速率，降低了 GH4169合 金发生完全动态再结晶所需的应变，从而减小了 GH4169合金锻件晶粒细化所需的变形量， 为采用较小的变形量细化了 GH4169合金锻件晶粒提供了方法。
【附图说明】：
[0011] 图1GH4169合金锻坯的原始晶粒组织
[0012] 图2GH4169合金锻坯经过预处理之后的组织；
[0013] 图3实施例1的锻造工艺示意图：（a)为温度-时间曲线；(b)为载荷-时间曲线； (c)为一个循环加载过程的载荷-时间曲线；（d)为载荷-应变曲线；
[0014] 图4实施例1工艺获得的GH4169合金锻件的晶粒组织；
[0015] 图5实施例1对比实验载荷-时间曲线；
[0016] 图6实施例1对比实验获得的GH4169合金锻件的晶粒组织；
[0017] 图7实施例2的锻造工艺示意图：（a)为温度-时间曲线；(b)为载荷-时间曲线； (c)为一个循环加载过程的载荷-时间曲线；（d)为载荷-应变曲线；
[0018] 图8实施例2工艺获得的GH4169合金锻件的晶粒组织。
【具体实施方式】：
[0019] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0020] 本发明一种采用多次循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件晶粒组织的方 法，下面所有实施例中选用的GH4169合金成分如表1，该合金的原始组织为固溶态，其固 溶工艺为在固溶温度1040°C，保温40分钟，原始晶粒组织如图1所示，初始晶粒尺寸为 75 μ m，需要在锻造变形过程中细化晶粒。
[0021] 表1本发明实例中所用材料的GH4169合金成分（wt. % )
[0022]
[0023] 实施例1
[0024] 步骤1 :将GH4169合金锻坯进行预处理，预处理工艺为：将锻坯加热至900°C保 温，保温时间为12小时，然后淬火。经预处理之后的GH4169合金锻坯组织如图2所示，初 始晶粒主要为75 μ m的等轴晶。
[0025] 步骤2 :将经过预处理后的GH4169合金锻坯加热至变形温度980°C，保温至锻坯温 度均匀后，进行多次循环加载与卸载变形，循环加载与卸载变形工艺为：锻坯的变形速率为 0. ΟΟΙ?Γ1，变形量每隔5%~10%进行一次卸载和重加载，每次卸载时间为10s，锻坯的总变 形量为50%。
[0026] 步骤2中，GH4169合金锻坯的加热工艺如图3(a)所示；锻坯首先以10°C /s升温 速度加热至980°C，然后保温300s，待锻坯温度分布均匀后进行多次循环加载与卸载变形， 在多次循环加载与卸载变形过程中，锻坯温度保持980°C不变；GH4169合金锻坯的多次循 环加载与卸载变形工艺如图3 (b)所示，锻坯温度均匀后，开始进行变形，实施例1中总共进 行了 9次循环加载与卸载变形，每次卸载时间为IOs (如图3 (c)所示），卸载结束后，立即重 新加载海次卸载的变形量间隔如图3(d)所示，锻坯的总变形量为50%，对应图3(d)中真 应变为0.7。
[0027] 步骤3 :变形结束后，立即对锻坯淬火。
[0028] 对GH4169合金锻件进行金相观察，结果如图4所示。对比图4和图1可知，本发 明的方法可以在锻坯的总变形量为50%时实现细化晶粒的目的。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、应变速率和锻坯的总变形量与本发明 实施例1相同，区别在于对比实验未进行循环加载与卸载变形，而是以恒应变速率变形至 结束，其载荷-时间曲线如图5所示。对比实验获得的GH4169合金最终组织如图6所示。 由图6可知，未采用本发明方法时，同样的总变形量，GH4169合金动态再结晶程度很小，且 存在混晶组织，未达到细化晶粒的目的。因此，对比实验证明了本发明提出的方法具有优越 性。
[0029] 实施例2
[0030] 步骤1 :将GH4169合金锻坯进行预处理，预处理工艺为：将锻坯加热至900°C保 温，保温时间为12小时，然后淬火。经预处理之后的GH4169合金锻坯组织如图2所示，初 始晶粒主要为75 μ m的等轴晶。
[0031] 步骤2 :将经过预处理后的GH4169合金锻坯加热至变形温度1010°C，保温至锻坯 温度均匀后，进行多次循环加载与卸载变形，循环加载与卸载变形工艺为：锻坯的变形速率 为Ο.ΟΟΙ?Γ 1，变形量每隔5%~10%进行一次卸载和重加载，每次卸载时间为10s，锻坯的总 变形量为50%。
[0032] 步骤2中，GH4169合金锻坯的加热工艺如图7(a)所示；锻坯首先以KTC /s升 温速度加热至1010°c，然后保温300s，待锻坯温度分布均匀后进行多次循环加载与卸载变 形，在多次循环加载与卸载变形过程中，锻坯温度保持980°C不变；GH4169合金锻坯的多次 循环加载与卸载变形工艺如图7(b)所示，锻坯温度均匀后，开始进行变形，实施例1中总共 进行了 9次循环加载与卸载变形，每次卸载时间为IOs (如图7 (c)所示），卸载结束后，立即 重新加载；每次卸载时的变形量间隔如图7(d)所示，锻还的总变形量为50%，对应图7(d) 中真应变为0.7。
[0033] 步骤3 :变形结束后，立即对锻件淬火。
[0034] 对GH4169合金锻件进行金相观察，结果如图8所示。对比图8和图1可知，本发 明的方法可以在锻坯的总变形量为50%时实现细化晶粒的目的。
【主权项】
1. 一种循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法，其特征在于该方 法利用多次循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件的晶粒组织，其包括如下步骤： 步骤1 :将GH4169合金锻坯进行预处理，预处理工艺为：将锻坯加热至900°C~940°C 保温，保温时间为10小时~14小时； 步骤2 :将经过预处理后的GH4169合金锻坯加热至变形温度980°C~1010°C，保温至 锻坯温度均匀后，进行多次循环加载与卸载变形，循环加载与卸载变形工艺为：锻坯的变形 速率为〇. OOlfT1~〇. 0058'变形量每隔5%~10%进行一次卸载和重加载，每次卸载时间 为IOs~15s，锻坯的总变形量为45 %~70% ; 步骤3 :变形结束后，立即对锻件淬火。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤1所述的锻坯预处理工艺为：将锻坯加 热至900°C~940°C保温，保温时间为10小时~14小时。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤2所述的多次循环加载与卸载变形工艺 为：变形温度为980°C~IOKTC，锻坯的变形速率为0.0 Ols4~0. 0058'变形量每隔5%~ 10%进行一次卸载和重加载，每次卸载时间为IOs~15s，锻坯的总变形量为45%~70%。
【专利摘要】本发明提供了一种循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法。该方法包括如下步骤：(1)将GH4169合金锻坯进行预处理，预处理工艺为：将锻坯加热至900℃～940℃保温，保温时间为10小时～14小时；(2)将经过预处理后的GH4169合金锻坯加热至变形温度980℃～1010℃，保温至锻坯温度均匀后，进行多次循环加载与卸载变形，循环加载与卸载变形工艺为：锻坯的变形速率为0.001s-1～0.005s-1，变形量每隔5％～10％进行一次卸载和重加载，每次卸载时间为10s～15s，锻坯的总变形量为45％～70％；(3)变形结束后，立即对锻件淬火。本发明能够以较小的变形量达到细化GH4169合金晶粒组织的目的，为GH4169合金锻件的品质跃升提供了新技术。
【IPC分类】C22F1/10
【公开号】CN104947014
【申请号】CN201510400965
【发明人】陈明松, 蔺永诚, 陈小敏, 李阔阔
【申请人】中南大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年7月10日