GH4169合金大型渦輪盤模鍛件環(huán)軋制坯鍛造工藝研究

本文制定了適用于民用航空發(fā)動機GH4169合金大型渦輪盤模鍛件的鍛造工藝。通過環(huán)軋制坯+模鍛的鍛造方法，有效降低模鍛設備噸位，提高材料利用率。鍛造獲得的大型渦輪盤鍛件其力學性能和顯微組織優(yōu)異，完全滿足高強工藝的標準要求。檢測獲得的力學性能富裕量較大，平均晶粒度均在9級以上。

據(jù)相控陣原理，實現(xiàn)聲速的聚焦即為聲速的相位疊加，使各陣元發(fā)射聲波在聚焦點處同相位疊加增強聲壓，異相位聲壓抵消或削弱。圖7所示為在發(fā)射聲束時計算好延時時間，使聲波達到聚焦效果。聲束聚焦延時法則如下：

GH4169合金是一種Fe-Ni-Cr基的變形高溫合金，組織由γ基體、δ相、碳化物、強化相γ"和γ'組成，在溫度低于650℃時具有優(yōu)良的綜合性能，是渦輪盤、壓氣機盤等航空發(fā)動機部件的關鍵材料。近年來，隨著民用發(fā)動機推動比的增加，發(fā)動機低壓渦輪部分的GH4169渦輪盤向更大的尺寸發(fā)展。由于GH4169材料鍛造變形抗力大、鍛造窗口窄，鍛造時溫降較快，組織控制較難，加大了大型渦輪盤鍛件的鍛造生產(chǎn)難度。本研究以某型民用發(fā)動機大型渦輪盤為對象，借助有限元模擬技術，對渦輪盤模鍛成形過程進行數(shù)值模擬，確定出合理的鍛造工藝參數(shù)，并通過生產(chǎn)實踐，確定出符合實際工程應用的GH4169合金大型渦輪盤鍛造工藝，對該類大型渦輪盤鍛件的工程化應用具有一定的借鑒意義。

正因為此，相對于“反思性實踐者”而言，這就是關于中國數(shù)學教師更加恰當?shù)囊粋€定位——作為研究者的教師．這也就是指，只有通過積極的教學研究才能更好地實現(xiàn)自身的專業(yè)成長．

試驗

試驗材料

試驗采用真空感應熔煉+電渣重熔+真空電弧重熔(VIM+ESR+VAR)三聯(lián)冶煉工藝制備的φ300mm規(guī)格GH4169合金棒材。棒材低倍組織正常、無明顯偏析，且無夾渣、孔洞、裂紋等對棒料使用有害的缺陷。棒料平均晶粒度6.5級。表1為合金主要化學成分;圖1為低倍腐蝕照片;圖2為晶粒度評級照片。

圖3為承制的GH4169渦輪盤鍛件輪廓，其外廓尺寸為

1200mm，內(nèi)孔尺寸

580mm，鍛件理論重量412kg，為典型的大直徑渦輪盤鍛件。采用餅坯直接模鍛的方法設備噸位大，材料利用率低。因此，本文提出環(huán)軋制坯+模鍛的鍛造思路。

試驗方法

Study on Multiple Modes of Reproducing Urban Identity on Nanjing Tourism English Official Website____________________________LOU Yi,WANG Fang,TAO Xiaoting et al 46

模擬結果顯示，模鍛過程鍛件充型完整，變形充分均勻，等效塑性應變在0.8以上，除鍛件表層存在較大溫度梯度，內(nèi)部溫度較為均勻。預測模鍛需要的載荷為264MN(實際400MN液壓機模鍛載荷為270MN)。

在鍛件盤緣、輻板、盤心位置切取力學性能試樣進行檢測。具體檢測結果見表3。檢測結果顯示，鍛件各部位的力學性能均滿足GH4169高強工藝的力學性能要求(室溫拉伸：σ

≥1345MPa，σ

≥1100MPa，δ

≥12，ψ≥15；高溫拉伸：σ

≥1080MPa，σ

≥930MPa，δ

≥12，ψ≥15；650℃組合持久：σ=725MPa，δ≥5%，τ≥25h；650℃蠕變：σ=550MPa，τ=15h，ε≤0.1%)，且富裕量較大。

本研究初步納入了2015年1月至2017年1月期間就診于上海市浦東醫(yī)院眼科的患者82例（100眼），于2015年1月獲得上海市浦東醫(yī)院倫理委員會批準（批號：LW2015-001），遵循赫爾辛基宣言。所有患者均告知檢查目的及檢查內(nèi)容，手術前均簽署手術知情同意書。

結果分析與討論

成形過程有限元模擬

采用DEFORM-2D有限元模擬時，不考慮模具彈性變形，將其定義為剛性體，環(huán)坯定義為塑性變形體，設置模具與環(huán)坯上下端面接觸，上模移動(模擬液壓機運行)，下模不動。接觸摩擦采用剪切摩擦模型，不考慮摩擦熱，整個成形過程摩擦系數(shù)保持不變。模擬材料選用GH4169。模擬結果見圖5～圖9。表2為模擬過程主要參數(shù)。

本文采用DEFORM-2D模擬軟件，以鍛件填充和應變分布結果為依據(jù)，調(diào)整模鍛前環(huán)坯尺寸，對渦輪盤模鍛過程進行數(shù)值模擬。確定了渦輪盤鍛件的鍛造工藝路線：下料→鐓餅→沖孔→環(huán)軋→模鍛→熱處理→理化。其中，鐓餅沖孔設備采用31.5MN快鍛機，環(huán)軋擴孔設備采用

2.5m輾環(huán)機，模鍛設備采用400MN液壓機。

鍛件力學性能

生產(chǎn)過程：鐓餅沖孔工序共2火次完成，始鍛溫度1005℃；環(huán)軋擴孔1火次完成，始鍛溫度1000℃；模鍛1火次完成，始鍛溫度1000℃。熱處理：固溶975℃/1h，水冷；時效720℃/8h后爐冷至620℃/8h，空冷。熱處理完后在鍛件不同部位切取理化試料進行力學性能(室溫拉伸、高溫拉伸、650℃組合持久和蠕變)和顯微組織檢查。圖4為現(xiàn)場生產(chǎn)照片。

鍛件顯微組織

圖10為鍛件顯微組織取樣位置示意圖，圖11為不同位置下的顯微組織照片。結果顯示，環(huán)軋制坯獲得的模鍛件變形充分，晶粒為充分動態(tài)再結晶獲得的均勻組織，晶粒度在9級以上。顯微組織無明顯白斑、非金屬夾雜和Laves相，δ相為顆粒狀和短棒狀。

結論

(1)本文借助有限元模擬獲得渦輪盤模鍛的中間坯尺寸和鍛造參數(shù)，確定出GH4169大型渦輪盤鍛件的鍛造工藝路線。

(2)采用環(huán)軋制坯+模鍛的鍛造工藝路線生產(chǎn)的GH4169大型渦輪盤鍛件能夠顯著降低設備噸位，材料利用率高。

(3)采用該工藝生產(chǎn)的GH4169大型渦輪盤鍛件，其力學性能和顯微組織優(yōu)異，完全滿足高強工藝的標準要求。檢測獲得的力學性能富裕量較大，平均晶粒度均在9級以上。