直徑增大速率對IN718合金環(huán)件徑軸向軋制成形微觀組織演變的影響*

唐學峰，王寶雨，王新云

（1. 華中科技大學材料科學與工程學院，武漢 430074；2. 北京科技大學機械工程學院，北京 100083）

IN718 高溫合金環(huán)件，例如渦輪機匣、葉環(huán)、連接環(huán)等，是航空發(fā)動機中的關鍵零部件，常在高溫服役環(huán)境中承受極端復雜的載荷沖擊，因而對決定其熱力學性能的微觀組織有嚴苛的要求。環(huán)件徑軸向軋制（Radial-axial ring rolling，RARR）是一種節(jié)材、節(jié)能、高效的環(huán)件增量成形技術，是大型無縫環(huán)件主要的加工工藝[1]。RARR 是連續(xù)的動態(tài)軋制過程，材料經歷非均勻的間歇式徑、軸雙向局部軋制變形，這種復雜的熱力耦合作用導致IN718合金環(huán)件在軋制成形時容易出現(xiàn)局部晶粒粗大和混晶現(xiàn)象，使零件的強度、抗疲勞性能及缺口敏感性等無法滿足航空發(fā)動機的服役需求。

為了得到性能優(yōu)異的環(huán)件，國內外學者對環(huán)軋過程中的微觀組織演變機理和工藝參數影響規(guī)律進行了大量研究[2–6]。由于RARR 通常用于加工大型環(huán)件，考慮到試驗成本，目前以模擬研究為主并輔以試驗驗證。Wang 等[3]通 過Ti–6Al–4V 環(huán)軋模擬發(fā)現(xiàn)降低驅動輥轉速、提高芯輥進給速度和起軋溫度可以提高β相分布和尺寸的均勻性。增大驅動輥轉速可以促進42CrMo 鑄坯環(huán)軋過程中動態(tài)再結晶平均晶粒尺寸的減小，但對平均晶粒尺寸分布的均勻性影響不大[7]。Guo 等[5]通過試驗和模擬發(fā)現(xiàn)GCr15 鑄坯徑向環(huán)軋存在晶粒細化極限，并基于動態(tài)再結晶經驗模型給出了達到極限晶粒尺寸所需最小應變的表達式。Hu 等[8]通過模擬和試驗研究發(fā)現(xiàn)，相同變形量下，多道次軋制成形有利于溫度、應變和微觀組織的均勻分布并可減少混晶，而一道次大變形軋制則可獲得更小晶粒但分布不均勻。……