一种GH4738合金模锻件及其制备方法与流程

本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种GH4738合金模锻件及其制备方法。

背景技术：

GH4738合金是一种Ni-Cr-Co基沉淀硬化型变形高温合金，具有较好的强韧性匹配，即在高强度条件下又具有足够的韧性，同时表现出很低的裂纹扩展速率，且具有良好的组织和性能稳定性，在760～870℃具有较高的屈服强度和抗疲劳性能，适用于制作涡轮盘、工作叶片等高温部件，在地面烟机和先进航空发动机中都有广泛应用。

镍基高温合金涡轮盘的锻造一般采用自由锻+模锻方式。对于涡轮盘间封严环件，必须保证锻后晶粒尺寸较小，才能使合金具有较高的拉伸强度和低周疲劳强度。相对于地面大型烟机涡轮盘件，航空涡轮盘件体积更小，但转速更快，因此需要更加均匀细小的晶粒组织以获得更高、更稳定的强度和抗疲劳性能，晶粒度需达到ASTM5级或更细。而GH4738合金材料本身的晶粒组织对热加工参数非常敏感，锻造温度过高时易出现粗晶、混晶现象，锻造温度过低时又很容易开裂。因此，锻后盘件的平均晶粒尺寸分布情况是工艺控制的一个主要目标因素。

中国专利CN 103341586 A公开了一种实现GH4738镍基高温合金涡轮盘成形方法，对于GH4738盘间封严环模锻件的锻造方法采用如下步骤实现：1、采用硬包套+保温棉复合保温法；2、两火次加热，在1080℃进行镦饼冲孔，模具温度不低于350℃；3、在1080℃下进行一次模锻成形；4、固溶处理，在1020℃保温4h油冷，然后进行双时效处理，温度为845℃保温4h进行空冷，再以60℃/min冷却到760℃保温16h空冷。该专利中的成形方法所获得锻件经固溶时效后组织为混晶，部分区域组织为70％6级+30％9级混晶，整体晶粒度不能满足GH4738盘间封严环模锻件6级匀晶，允许2级晶粒度级差的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种GH4738合金模锻件及其制备方法。本发明制备得到的GH4738合金模锻件能够满足GH4738盘间封严环模锻件6级匀晶，允许2级晶粒度级差的要求。

本发明提供了一种GH4738合金模锻件的制备方法，包括以下步骤：

(1)将GH4738合金坯料在1040～1060℃进行镦饼，得到饼坯；

(2)将所述步骤(1)得到的饼坯在1040～1060℃进行第一模锻，得到预制坯；

(3)将所述步骤(2)得到的预制坯在1050～1060℃进行第二模锻，第二模锻的变形量不高于10％，得到终锻件；

(4)将所述步骤(3)得到的终锻件进行热处理，得到GH4738合金模锻件。

优选的，所述步骤(1)中GH4738合金坯料的晶粒度为6级以上。

优选的，所述步骤(1)中镦饼的变形量为40～50％。

优选的，所述步骤(1)中镦饼的变形速率为2～4mm/s。

优选的，所述步骤(2)中第一模锻的变形量为40～50％。

优选的，所述步骤(2)中第一模锻的变形速率为2～4mm/s。

优选的，所述步骤(3)中第二模锻的变形速率为2～4mm/s。

优选的，所述步骤(3)中第二模锻用模具的温度为350℃以上。

优选的，所述步骤(4)中的热处理包括：将所述终锻件进行固溶处理后，再进行双时效处理得到GH4738合金模锻件。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的GH4738合金模锻件，微观组织为6级匀晶，级差≤2级。

本发明提供了一种GH4738合金模锻件的制备方法，包括以下步骤：将GH4738合金坯料在1040～1060℃进行镦饼，然后在1040～1060℃进行第一模锻，再在1050～1060℃进行第二模锻，最后进行热处理，得到GH4738合金模锻件。本发明提供的制备方法包括镦饼、第一模锻、第二模锻和热处理，通过控制镦饼、第一模锻和第二模锻的温度，以及第二模锻的变形量，避免了终锻变形量较大时再结晶很难充分完成导致的混晶组织，得到晶粒细小均匀的GH4738合金模锻件。实验结果表明，本发明提供的制备方法制备的GH4738合金模锻件微观组织为6级匀晶，级差≤2级。

附图说明

图1为本发明实施例1中使用的GH4738合金坯料的显微组织图；

图2为本发明实施例1中制备的GH4738合金模锻件的显微组织图；

图3为本发明实施例2中制备的GH4738合金模锻件的显微组织图；

图4为本发明实施例3中制备的GH4738合金模锻件的显微组织图。

具体实施方式

本发明提供了一种GH4738合金模锻件的方法，包括以下步骤：

(1)将GH4738合金坯料在1040～1060℃进行镦饼，得到饼坯；

(2)将所述步骤(1)得到的饼坯在1040～1060℃进行第一模锻，得到预制坯；

(3)将所述步骤(2)得到的预制坯在1050～1060℃进行第二模锻，第二模锻的变形量不高于10％，得到终锻件；

(4)将所述步骤(3)得到的终锻件进行热处理，得到GH4738合金模锻件。

本发明将GH4738合金坯料在1040～1060℃进行镦饼，得到饼坯。在本发明中，所述GH4738合金坯料的晶粒度优选为6级以上，更优选为6级以上匀晶。本发明对所述GH4738合金坯料的形状和尺寸没有特殊的限定，根据模锻件的最终形状和尺寸进行调整即可。在本发明中，所述GH4738合金坯料的形状优选为圆柱体；所述圆柱体的直径优选为290～300mm；所述圆柱体的高度优选为400～410mm。

在本发明中，所述镦饼的温度优选为1045～1055℃，更优选为1048～1052℃。在本发明中，所述镦饼的变形量优选为40～50％，更优选为42～47％。在本发明中，所述镦饼的变形速率优选为2～4mm/s，更优选为2.5～3mm。在本发明中，所述镦饼用模具的温度优选为350℃以上，更优选为360～500℃，最优选为400～450℃。本发明对所述镦饼的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的镦饼的装置即可。在本发明中，所述镦饼优选在液压机上进行。

完成镦饼后，本发明优选根据所需形状将所述镦饼的产物进行冲孔，得到饼坯。在本发明中，所述冲孔的温度优选为1040～1060℃，更优选为1045～1055℃，最优选为1048～1052℃。在本发明中，所述冲孔用模具的温度优选为350℃以上，更优选为360～500℃，最优选为400～450℃。本发明对所述孔的尺寸没有特殊的限定，根据产品所需尺寸进行调整即可。在本发明中，所述孔的直径优选为185～190mm。

本发明对所述冲孔的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的冲孔的设备即可。在本发明中，所述冲孔优选在液压机上进行。在本发明中，所述冲孔过程中，液压机下压速度优选为8～10mm/s。

得到饼坯后，本发明将所述饼坯在1040～1060℃进行第一模锻，得到预制坯。在本发明中，所述第一模锻的温度优选为1045～1055℃，更优选为1048～1052℃。在本发明中，所述第一模锻的变形量优选为40～50％，更优选为42～47％。在本发明中，所述第一模锻的变形速率优选为2～4mm/s，更优选为2.5～3mm。在本发明中，所述第一模锻用模具的温度优选为350℃以上，更优选为360～500℃，最优选为400～450℃。本发明对所述第一模锻的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的模锻的装置即可。在本发明中，所述第一模锻优选在液压机上进行。在本发明中，所述第一模锻可以降低终锻的变形量，避免终锻变形量较大时再结晶很难充分完成导致的混晶组织，得到晶粒细小均匀的GH4738合金模锻件。

得到预制坯后，本发明将所述预制坯在1050～1060℃进行第二模锻，第二模锻的变形量不高于10％，得到终锻件。在本发明中，所述第二模锻的温度优选为1052～1058℃，更优选为1054～1056℃。在本发明中，所述第二模锻的变形量优选为2～8％，更优选为4～6％。在本发明中，所述第二模锻的变形速率优选为2～4mm/s，更优选为2.5～3mm。在本发明中，所述第二模锻用模具的温度优选为350℃以上，更优选为360～500℃，最优选为400～450℃。本发明对所述第二模锻的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的模锻的装置即可。在本发明中，所述第二模锻优选在液压机上进行。在本发明中，所述第二模锻为终锻，通过小变形量得到晶粒尺寸均匀的模锻件。

为去除锻造后工件表面的杂质，本发明优选在第二模锻完成后，将所述第二模锻得到的产物进行粗加工，得到终锻件。本发明对所述粗加工的操作没有特殊的限定，根据产品所需形状进行选择即可。

得到终锻件后，本发明将所述终锻件进行热处理，得到GH4738合金模锻件。在本发明中，所述热处理优选包括：将所述终锻件进行固溶处理后，再进行双时效处理。

本发明对所述固溶处理和双时效处理的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的GH4738合金固溶和时效处理的技术方案即可。本发明优选按照热处理手册中规定的GH4738合金固溶和时效处理标准进行热处理。在本发明中，所述固溶处理的温度优选为1015～1025℃，更优选为1018～1022℃；所述固溶处理的保温时间优选为3.8～4.2h；所述固溶处理的冷却方式优选为油冷。

在本发明中，所述双时效处理的一级时效温度优选为840～850℃，更优选为842～848℃；所述一级时效时间优选为3.8～4.2h；所述一级时效冷速为55～65℃/min。在本发明中，所述双时效处理的二级时效温度为755～765℃，更优选为758～762℃；所述二级时效时间优选为15～17h；所述二级时效的冷却方式优选为空冷。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的GH4738合金模锻件，微观组织为6级匀晶，级差≤2级。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的GH4738合金模锻件及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1:

将Φ290×405mm晶粒度为6级匀晶的GH4738合金坯料在1040℃下进行镦饼，模具温度400℃，变形量50％；

并在1040℃温度下进行冲孔，孔径Φ190mm，模具温度400℃，液压机压下速率为10mm/s；

在1040℃温度下进行第一模锻，模具温度400℃，变形量40％，液压机压下速率为3mm/s；

在1060℃条件下进行第二模锻，模具温度400℃，变形量10％，液压机压下速率为3mm/s；

对模锻件进行粗加工；

固溶处理：锻件在1020℃保温4h后油冷；然后进行双时效处理：温度为845℃保温4h进行空冷，再以60℃/min冷却到760℃保温16h空冷，得到GH4738合金模锻件。

本实施例使用的GH4738合金坯料显微组织图如图1所示，从图中可以看出，GH4738合金坯料晶粒度为6级匀晶。

本实施例制备的GH4738合金模锻件显微组织图如图2所示，从图中可以看出，本实施例制备的GH4738合金模锻件，微观组织为6级匀晶，级差≤2级。

实施例2:

将实施例1中使用的GH4738合金坯料在1040℃下进行镦饼，模具温度400℃，变形量50％；

并在1040℃温度下进行冲孔，孔径Φ190mm，模具温度400℃，液压机压下速率为10mm/s；

在1050℃温度下进行第一模锻，模具温度400℃，变形量40％，液压机压下速率为3mm/s；

在1060℃条件下进行第二模锻，模具温度400℃，变形量10％，液压机压下速率为3mm/s；

对模锻件进行粗加工；

固溶处理：锻件在1020℃保温4h后油冷；然后进行双时效处理：温度为845℃保温4h进行空冷，再以60℃/min冷却到760℃保温16h空冷，得到GH4738合金模锻件。

本实施例制备的GH4738合金模锻件显微组织图如图3所示，从图中可以看出，本实施例制备的GH4738合金模锻件，微观组织为6级匀晶，级差≤2级。

实施例3:

将实施例1中使用的GH4738合金坯料在1040℃下进行镦饼，模具温度400℃，变形量50％；

并在1040℃温度下进行冲孔，孔径Φ190mm，模具温度400℃，液压机压下速率为10mm/s；

在1050℃温度下进行第一模锻，模具温度400℃，变形量40％，液压机压下速率为3mm/s；

在1050℃条件下进行第二模锻，模具温度400℃，变形量10％，液压机压下速率为3mm/s；

对模锻件进行粗加工；

固溶处理：锻件在1020℃保温4h后油冷；然后进行双时效处理：温度为845℃保温4h进行空冷，再以60℃/min冷却到760℃保温16h空冷，得到GH4738合金模锻件。

本实施例制备的GH4738合金模锻件显微组织图如图4所示，从图中可以看出，本实施例制备的GH4738合金模锻件，微观组织为6级匀晶，级差≤2级。

由以上实施例可以看出，本发明提供的GH4738合金模锻件微观组织为6级匀晶，级差≤2级，能够满足GH4738盘间封严环组织要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。