一种高铌GH4169合金棒材的制备方法与流程

本发明属于镍基高温合金技术领域，具体涉及一种高铌GH4169合金棒材的制备方法。

背景技术：

GH4169合金是以体心立方的γ＇和面心立方的γ″相沉淀强化的镍基高温合金，在-253～700℃温度范围内具有良好的综合力学性能，650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位，并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能，以及良好的加工性能。该合金用来制造各种形状复杂的零部件，在宇航、石油和核能工业领域中获得了极为广泛的应用。

在航空领域中，GH4169主要用于制造航空发动机中650℃以下工作的各种盘件和叶片等转动部件。为了保证高温部件的可靠性，对冶金厂生产的GH4169棒材的冶金质量和组织均匀性提出了更高的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高铌GH4169合金棒材的制备方法，以得到具有良好冶金质量和组织均匀性的GH4169合金棒材。

本发明所采用的技术方案是，一种高铌GH4169合金棒材的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，开坯：

对GH4169合金铸锭进行两火次镦拔锻造，两火次加热温度均在1100～1130℃，锻造完成后坯料表面温度大于950℃；

步骤2，一次中间锻造：

将经步骤1锻造的锻坯在1050～1080℃加热进行一火次多向镦拔锻造，锻造完成后坯料表面温度大于900℃；

步骤3，二次中间锻造：

将经步骤2锻造的锻坯在1020～1050℃加热进行两火次拔长锻造，锻造完成后坯料表面温度大于850℃；

步骤4，成品锻造：

将经步骤3锻造的锻坯在980～1000℃加热进行两火次倒棱、摔圆锻造，锻造完成后坯料表面温度大于850℃，即得到高铌GH4169合金棒材。

本发明的特点还在于，

步骤1中镦粗和拔长的变形量在20％～50％，每道次的变形量不小于25％且不大于50％，单锤压下量小于60mm；。

步骤2中镦粗和拔长的变形量在30％～60％，每道次的变形量在25％～50％，单锤压下量小于80mm。

步骤3中拔长变形量控制在25％～50％，每道次的变形量不小于25％。

步骤4中每火次的变形量在10％～30％，每道次的变形量在10％～25％。

本发明的有益效果是，本发明提出的一种使用快锻机生产Φ100～200mm规格GH4169高温合金棒材的锻造方法，通过在对变形火次的合理搭配、变形方式和变形速率的优化、及锻造时的压下量和送进量的合理配置，有效的提高了棒材的组织均匀性，使棒材的探伤水平达到1.2-12dB，同时减小了棒材的各向异性，成功突破了GH4169高温合金棒材的各项性能要求及组织均匀性要求。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的Φ200mm规格棒材的低倍组织图；

图2是本发明实施例1制备的Φ200mm规格棒材边缘部高倍组织图；

图3是本发明实施例1制备的Φ200mm规格棒材1/2半径部位高倍组织图；

图4是本发明实施例1制备的Φ200mm规格棒材心部高倍组织图；

图5是本发明实施例2制备的Φ150mm规格棒材的低倍组织图；

图6是本发明实施例2制备的Φ150mm规格棒材边缘部高倍组织图；

图7是本发明实施例2制备的Φ150mm规格棒材1/2半径部位高倍组织图；

图8是本发明实施例2制备的Φ150mm规格棒材心部高倍组织图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明一种高铌GH4169合金棒材的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，开坯：

对GH4169合金铸锭进行第1-2火次开坯锻造，加热温度为1100～1130℃，在4500T快锻机上镦拔变形，镦粗和拔长的变形量在20％～50％，每道次的变形量在25％～50％，单锤压下量小于60mm；锻造完成后坯料表面温度大于950℃。

步骤2，一次中间锻造：

将经步骤1锻造的锻坯在1050～1080℃加热进行第3火次锻造，在4500T快锻机上的多向镦拔锻造，镦粗和拔长的变形量在30％～60％，每道次的变形量不小于25％，单锤压下量小于80mm，锻造完成后坯料表面温度大于900℃。

步骤3，二次中间锻造：

将经步骤2锻造的锻坯在1020～1050℃加热进行第4-5火次锻造，在4500T快锻机或1600T快锻机上进行拔长，变形量控制在25％～50％，每道次的变形量不小于25％，锻造完成后坯料表面温度大于850℃。

步骤4，成品锻造：

将经步骤3锻造的锻坯在980～1020℃加热进行第6-7火次锻造，在4500T快锻机或1600T快锻机上进行倒棱和摔圆，每火次的变形量在10％～30％，每道次的变形量不小于10％，不大于25％，每火次锻造时间控制在6min以内，锻造完成后坯料表面温度大于850℃，即得到高铌GH4169合金棒材。

自由锻造过程中由于坯料表面降温较快，同时坯料表面与锤砧摩擦引起变形死区，导致在最终棒材中形成边部和心部组织晶粒度不均匀。本发明通过自由锻中多向镦拔结合快速锻造的锻造方式，进一步改善GH4169合金中不同部位的晶粒均匀化的效果。在自由锻火次进行多循环的锻造，阻止棒材表面温度降低引起的δ相析出不均匀，同时防止心部产生过多的累计变形，影响物料的低倍组织状态。

本发明通过在对锻造火次的合理配置、变形方式和变形速率的优化、锻造时的压下量和送进量的合理设置，有效的细化晶粒、提高了棒材的组织均匀性，使棒材的探伤水平达到1.2-12dB以上，同时减小了棒材的各向异性，成功突破了GH4169高温合金棒材的各项性能要求及组织均匀性要求。

实施例1

步骤1，开坯

使用4500T快锻机对Ф500mm规格的铸锭开坯锻造，经过1火次镦拔到520×520×L规格方坯，在1120℃加热，保温350分钟。变形方式为第1火次一镦一拔，镦粗和拔长的变形量为20％～40％，每道次的变形量控制在25％～35％，单锤压下量小于60mm，锻造完成后坯料表面温度大于950℃；锻造完成后回炉，进行第2火次锻造，加热温度和变形方式与第1火次相同，随后准备进行下一火锻造。

步骤2，一次中间锻造

第3火次在4500T快锻机上对520×520×L规格方坯进行镦拔变形，加热温度为1080℃，变形方式为一镦一拔，镦粗和拔长的变形量为40％～60％，每道次的变形量控制在25％～35％，单锤压下量小于80mm，锻造完成后坯料表面温度大于900℃。锻完回炉补温，进行下一火锻造。

步骤3，二次中间锻造

第4～5火次在4500T将520×520×L规格方坯拔长至200×200×L变形。加热温度为1030℃，每火次变形量控制为25％～40％，锻造完成后坯料表面温度大于850℃。锻完回炉补温，进行下一火锻造。

步骤4，成品锻造

第6～7火次在1600T快锻机上对200×200×L方坯进行倒棱和摔圆，加热温度为1010℃，倒棱火次的变形量在10％～20％，倒棱后回炉补温进行摔圆锻造，摔圆变形量在10％～20％，锻造过程中每道次的变形量在10％～25％，每火次锻造时间控制在6min以内，锻造完成后坯料表面温度大于850℃。成品规格为Φ200mm棒材。

实施例2

步骤1，开坯

使用4500T快锻机对Ф430mm规格的铸锭开坯锻造，在1100℃加热保温300分钟，对铸锭进行一镦一拔到450×450×L规格方坯，变形量控制在30％～50％，每道次的变形量控制在30％～40％，镦拔完成后回炉保温，进行第2火锻造，加热温度和变形方式与第1火次相同，镦拔完成后回炉，准备进行下一火次。

步骤2，一次中间锻造

第3火次在4500T快锻机上对450×450×L规格方坯进行镦拔变形，加热温度为1050℃，变形方式为一镦一拔，镦粗和拔长的变形量为30％～50％，每道次的变形量控制在25％～35％，单锤压下量小于80mm，锻造完成后坯料表面温度大于900℃。锻完回炉补温，进行下一火锻造。

步骤3，二次中间锻造

第4～5火次在4500T将450×450×L规格方坯拔长至170×170×L变形。加热温度为1020℃，每火次变形量控制为30％～50％，每道次的变形量不小于25％，锻造完成后坯料表面温度大于850℃。锻完回炉补温，进行下一火锻造。

步骤4，成型锻造

第6～7火次在1600T快锻机上对170×170×L方坯进行倒棱和摔圆，加热温度为980℃，倒棱火次的变形量在20％～30％，倒棱后回炉补温进行摔圆锻造，摔圆变形量在20％～30％，锻造过程中每道次的变形量在10％～25％，每火次锻造时间控制在6min以内，锻造完成后坯料表面温度大于850℃。成品规格为Φ150mm棒材。

实施例3

步骤1，开坯

使用4500T快锻机对Ф430mm规格的铸锭开坯锻造，在1130℃加热保温300分钟，对铸锭进行一镦一拔到450×450×L规格方坯，变形量控制在25％～35％，每道次的变形量控制在35％～50％，镦拔完成后回炉保温，进行第2火锻造，加热温度和变形方式与第1火次相同，镦拔完成后回炉，准备进行下一火次。

步骤2，一次中间锻造

第3火次在4500T快锻机上对450×450×L规格方坯进行镦拔变形，加热温度为1070℃，变形方式为一镦一拔，镦粗和拔长的变形量为35％～55％，每道次的变形量控制在25％～35％，单锤压下量小于80mm，锻造完成后坯料表面温度大于900℃。锻完回炉补温，进行下一火锻造。

步骤3，二次中间锻造

第4～5火次在4500T将450×450×L规格方坯拔长至120×120×L变形。加热温度为1050℃，每火次变形量控制为35％～45％，每道次的变形量不小于25％，锻造完成后坯料表面温度大于850℃。锻完回炉补温，进行下一火锻造。

步骤4，成型锻造

第6～7火次在1600T快锻机上对120×120×L方坯进行倒棱和摔圆，加热温度为1020℃，倒棱火次的变形量在15％～25％，倒棱后回炉补温进行摔圆锻造，摔圆变形量在15％～25％，锻造过程中每道次的变形量在10％～25％，每火次锻造时间控制在6min以内，锻造完成后坯料表面温度大于850℃。成品规格为Φ150mm棒材。

对GH4169高温合金铸锭，采用本发明的方法进行了多批次生产，生产出2批规格为Φ100～200mm的GH4169合金棒材，图1、5分别是是实施例1、2制备的棒材的低倍组织图，图2-4分别是实施例1制备的Φ200mm规格棒材边缘部、1/2半径部位和心部高倍组织图，图6-8分别是实施例2制备的Φ150mm规格棒材边缘部、1/2半径部位和心部高倍组织图，力学性能数据见表1。

表1 GH4169高温合金棒材力学性能

由表1和图1-8中的测试结果可知，采用本发明的锻造工艺技术生产的GH4169大规格棒材的组织均匀，性能测试结果完全满足标准要求。