GH4169拉桿鍛件成形工藝分析

劉　智　岳太文　劉旭輝

(1.無錫派克重型鑄鍛有限責任公司，江蘇214161；2.成都航空職業(yè)技術(shù)學院航空制造工程系，四川610100；3.成都航空職業(yè)技術(shù)學院航空維修工程系，四川610100)

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GH4169拉桿鍛件成形工藝分析

劉智1岳太文2劉旭輝3

(1.無錫派克重型鑄鍛有限責任公司，江蘇214161；2.成都航空職業(yè)技術(shù)學院航空制造工程系，四川610100；3.成都航空職業(yè)技術(shù)學院航空維修工程系，四川610100)

針對GH4169拉桿鍛件的技術(shù)指標要求，對鍛件的成形工藝方案進行分析，結(jié)合生產(chǎn)實際，制定了合理的鍛造工藝方案，總結(jié)了一套專門的工藝制造路線，生產(chǎn)出了符合技術(shù)要求的拉桿鍛件。

GH4169；拉桿；鍛造工藝

GH4169合金是一種廣泛用于航空發(fā)動機零件的時效硬化型合金，該合金的成分與美國Inconel718相近，在-253～700℃的溫度范圍內(nèi)具有良好的綜合性能，在高溫氧化和燃氣腐蝕條件下，能夠承受復雜應力，并長期可靠的工作[1-3]。該合金的另一特點是合金組織和性能對熱加工工藝非常敏感，若加工過程控制不當會產(chǎn)生粗晶、混晶等現(xiàn)象，影響合金產(chǎn)品的疲勞性能、持久性能、缺口敏感性和沖擊韌度[4]。掌握合金中相析出和溶解規(guī)律及組織與工藝、性能間的相互關(guān)系，可針對不同的使用要求制定合理、可行的工藝規(guī)程，就能獲得可滿足不同強度級別和使用要求的各種零件[5]。我公司承擔了GH4169合金拉桿鍛件的試制工作，成功實現(xiàn)了該合金拉桿鍛件的國產(chǎn)化，總結(jié)了一套專門的工藝制造路線，可完全滿足后期批量化生產(chǎn)。

1　鍛件主要技術(shù)指標要求

試制鍛件的原材料為美國CARPENTER公司提供的軋制棒材，尺寸規(guī)格為?150mm，鍛件直徑為?95mm。

(1)組織要求。低倍組織不應有目視可見的疏松、針孔、裂紋、縮孔、偏析、夾雜等冶金缺陷。從鍛件試驗件不同位置上切取試樣測定晶粒度，平均晶粒度應為7級或更細。

(2)力學性能。鍛件的力學性能要求見表1。

2　鍛件的成形工藝方案分析

2.1鍛件原材料

鍛件原材料采用真空感應+真空自耗方法熔煉，爐號為W68849，原材料的化學成分見表2。原材料低倍組織檢查無目視冶金缺陷，原材料棒材中心晶粒度為3級，1/2R處晶粒度為3級，圓周處晶粒度為7級。

表1　拉桿的力學性能要求和檢測結(jié)果Table 1　The mechanical property requirements and tested results of tie rod

表2　原材料的化學成分(質(zhì)量分數(shù)，%)Table 2　Chemical composition of raw material (mass fraction, %)

2.2鍛造工藝

由于拉桿鍛件尺寸較大，必須選用合適的鍛造工藝參數(shù)才能生產(chǎn)出符合技術(shù)要求的鍛件。一般情況下，合金的鍛造溫度越高，晶粒尺寸越大，反之，晶粒尺寸越小。當鍛造加熱溫度一定時，變形量越大則晶粒尺寸越小，反之晶粒越大。因此，鍛造溫度和變形量的合理控制是獲得GH4169 合金細晶強化合金材料的關(guān)鍵工藝[6]。GH4169合金鍛造加熱溫度為1 000～1 050℃時，鍛件晶粒度可控制在技術(shù)條件要求的范圍內(nèi)。合金的鍛造火次與變形量的分配對合金晶粒度影響較大，材料一火次變形量對合金晶粒度影響較大。一般不宜采用較小變形量，因為過小變形量會導致鍛件局部晶粒長大現(xiàn)象，二火次鍛造后可以獲得較細的組織[7]。本次試制采用我公司10.5MN快鍛機鍛造，鍛造加熱溫度為1 020±10℃，二火次鍛造。具體方法是：從?150mm×1 000mm拔長至100mm×100mm×1 770mm，以較大的一火次變形量獲得較細的均勻組織，然后鍛件四角倒棱回爐1 020℃保溫50min，出爐鍛造拔長至?95mm×2 500mm，總體變形量為60%，可以獲得滿足技術(shù)要求的組織。

2.3拉桿鍛件的熱處理工藝

GH4169合金的主要強化相為γ′′和γ′相，且其數(shù)量、分布與采用的熱處理制度密切相關(guān)，并對合金的力學及持久蠕變性能具有非常重要的影響。我公司采用的熱處理工藝路線如圖1和圖2。其中，固溶處理主要控制析出相的溶解，時效處理第1 階段(720℃)主要控制γ′′相的成核點數(shù)量，第2 階段(620℃)主要控制γ′′相的長大速度，許多資料認為采用此種熱處理制度能獲得良好的綜合力學性能[8]。

3　拉桿鍛件的理化檢測結(jié)果

根據(jù)生產(chǎn)試制情況，我們對試制的鍛件在鍛件一端頭切取200mm長試樣進行了理化測試，檢測結(jié)果如下：

(1)低倍組織正常，未見冶金缺陷。

圖1　固溶加熱曲線Figure 1　Solid solution heat treatment curve

圖2　時效加熱曲線Figure 2　Aging heat treatment curve

圖3　高倍組織取樣圖Figure 3　Sampling sketch for microstructure

圖4　鍛件晶粒度照片F(xiàn)igure 4　Photograph of grain size of forging

(2)取樣位置見圖3。鍛件晶粒度照片見圖4。按金屬平均晶粒度測試方法，檢測拉桿鍛件的晶粒度為7級，滿足標準要求。

(3)拉桿鍛件的力學性能檢測結(jié)果見表1，符合標準要求。

4　結(jié)論

通過對GH4169拉桿鍛件的成形工藝進行分析，確定了生產(chǎn)工藝并進行了試制。鍛件的理化檢測結(jié)果表明，所制定的成形工藝方案是可行的，GH4169拉桿完全可以國產(chǎn)，并滿足某型燃機的相關(guān)要求。我公司在國產(chǎn)化試制過程中，總結(jié)了一套專門的工藝制造路線，能夠生產(chǎn)出滿足力學性能和金相組織要求的鍛件。

[1]師昌緒，李恒德，周廉．材料科學與工程手冊(上卷)[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2004．

[2]ElihuFB.SuperAlloys：ATechnicalGuide[M]．Ohio：ASMInternational，1988．

[3]吳澤，姚澤坤，郭鴻鎮(zhèn)，等. 700～800℃溫度下GH4169合金的組織演化和力學性能研究[J].鍛壓技術(shù)，2007，32(2)：90-93.

[4]羅鴻飛，劉有云，宋健，等.GH4169超大型異型環(huán)軋件制造工藝研究[J].航空制造技術(shù)，2014，(7)：49-52.

[5]孔永華，胡華斌，李龍，等.GH4169 合金不同鍛造工藝的組織與性能[J].稀有金屬材料與工程，2011，40(2)：225-228.

[6]王春光，王東哲，萬紅，等.鍛造及熱處理工藝對GH4169 合金組織與性能的影響[J].鍛壓技術(shù)，2014，39(12)：15-18.

[7]岳太文，姚澤坤，郭鴻鎮(zhèn)，等.多火次熱模鍛造GH4133A合金晶粒度與組織變化[J].鍛壓技術(shù)，2008，33(2)：15-18.

[8]田速貴，王欣，劉臣，等.熱處理制度對GH4169G合金微觀組織與蠕變性能的影響[J].中國有色金屬學報，2013，23(1)：108-115.

編輯杜青泉

FormingProcessAnalysisofGH4169TieRodForging

LiuZhi,YueTaiwen,LiuXuhui

TheformingprocessofGH4169tierodforginghasbeenanalyzedaccordingtothetechnicalrequirements.Bycombiningwiththeactualproduction,thereasonableforgingprocesshasbeenprepared.Meanwhile,aseriesofspecializedmanufactureprocedurehasbeensummarized,andthetierodforgingwhichmeetsthetechnicalrequirementshasbeenmanufactured.

GH4169;tierod;forgingprocess

2016—04—08

劉智(1982—)，男，工程師，主要研究方向：難變形材料鍛造成形工藝。電話：13915338659，E-mail：liuzhiccc@163.com

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