鍛造變形與固溶處理對GH536合金鍛件晶粒及硬度的影響

袁 慧，蔡 培，周光興，齊瑩瑩

（1.貴州安大航空鍛造有限責任公司，貴州 安順 561005；2.空軍裝備部駐安順地區軍事代表室，貴州 安順 561008）

0 引言

GH536合金是Ni-Cr-Fe基固溶強化型變形高溫合金，通過塑性成形，可獲得所需形狀、尺寸和組織性能[1]，在900 ℃以下具有中等持久和蠕變強度，具有良好的抗氧化和耐腐蝕性能、良好的冷熱加工成形性和焊接性能，適用于制造在900 ℃以下長期使用的航空發動機燃燒室中的部件以及工作溫度可達 1 080 ℃短時間使用的高溫部件，其主要制造的零件有板材類、帶材類、管材類、棒材類、鍛件類、環形件類和精密鑄件類等[2]。

GH536 合金鍛件作為常見的零件，在航空發動機上應用較多，工程應用中對GH536 合金鍛件晶粒尺寸無要求，因此對GH536 合金鍛件的鍛造變形量及固溶處理工藝的關注較少。隨著發動機的發展，塑性加工技術迎來了發展機遇，同時也面臨諸多挑戰[3]。現對某發動機用GH536 合金鍛件提出晶粒度組織要求，為此針對GH536 合金鍛件鍛造變形量及固溶處理與晶粒尺寸之間的關系開展研究。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用材料為φ220 mm 棒料，棒料未進行晶粒度檢測，棒料化學成分如表1所示。

表1 化學成分 質量分數

1.2 試驗方法

1.2.1 棒料準備

為了在節約材料的同時得到更為準確的試驗結果，對棒料進行切分、標記。

（1）沿高度方向將棒料切分為φ220 mm×120 mm兩段。

（2）在兩段棒料上切取φ50 mm×120 mm 的圓棒坯20根，分別在棒坯兩端面標記“1”、“2”……“20”。

（3）分別將每根棒坯切分為尺寸φ50 mm×100 mm 與φ50 mm×20 mm 的2 根棒坯，并保留原標記，如圖1所示。

圖1 棒坯切分

1.2.2 鍛造變形試驗

標記“1”～“7”的棒坯在同一電爐使用1 050 ℃進行加熱保溫，按表2 所示尺寸進行鐓粗后分散空冷。棒坯及未鍛造短棒坯切面進行晶粒度檢測，都不進行熱處理。

表2 棒坯鐓粗高度及變形量

1.2.3 固溶處理試驗方案

為了節約試驗時間及成本，取所有標記中的“8”、“10”、“11”、“13”的長、短棒坯為例，在芯部切取試樣進行固溶處理并檢測晶粒度，檢測方案如表3所示。

表3 固溶試驗方案

2 試驗結果分析

2.1 鍛造變形對晶粒尺寸的影響

棒坯鐓粗變形后，晶粒尺寸有減小的趨勢，但變形程度對鍛件晶粒影響不大，鍛件晶粒度與變形前基本相當，試驗結果如表4所示。每個棒坯上取3塊試樣，經鍛造變形的試樣在原標記上依次增加“-1”～“-3”，未經鍛造變形的試樣在原標記上依次增加“-A”～“-C”。

表4 鍛造變形試驗結果

2.2 固溶處理對晶粒尺寸及硬度的影響

固溶處理對晶粒度及硬度結果如表5 及圖2所示。

圖2 固溶處理對硬度影響

從表5 及圖2 可看出，固溶保溫時間對鍛件晶粒尺寸及硬度影響不大，固溶溫度對鍛件晶粒及硬度有影響，1 080 ℃固溶處理時，鍛件晶粒變化較小，鍛件硬度基本不變，1 130 ℃固溶處理時，鍛件晶粒顯著長大且硬度下降。

GH536 合金通過碳化物在晶界析出相起到阻礙晶粒長大的效果，在固溶處理中，碳化物發生溶解或析出反應，晶粒長大。1 100 ℃以上碳化物開始溶解，數量迅速減少，降低了對晶界的釘扎作用，晶粒迅速長大且硬度降低。

3 結束語

通過上述分析，得出以下結論。

（1）棒坯鐓粗后，鍛件晶粒尺寸有減小的趨勢，變形程度對鍛件晶粒尺寸影響不大，鍛件晶粒與變形前基本相當。

（2）固溶處理溫度影響GH536 鍛件的晶粒尺寸及硬度，1 080 ℃固溶處理時，鍛件晶粒尺寸變化較小，鍛件硬度基本不變，1 130 ℃固溶處理時，鍛件晶粒顯著長大且硬度下降。