INCO718 盤類件高倍混晶問題的分析及解決

文/張瑩·陜西宏遠航空鍛造有限責任公司

混晶缺陷是高溫合金常見的缺陷之一，會降低鍛件的強度。我公司生產的某高溫合金盤類鍛件(圖1)，下料規格為φ200mm×155mm，材料為INCO718，重量40kg，連續3 批出現高倍混晶問題，嚴重影響交付周期，引起客戶抱怨。本文主要研究INCO718 盤類鍛件生產過程中解決混晶問題的措施。

圖1 鍛件

問題描述

該鍛件產品連續3 批理化檢測時發現高倍不合格，3 個高倍試樣存在不同程度的混晶如圖2 所示。高倍M1 晶粒度:雙重，項鏈，40%5.5 級，60%9.5級；M2 晶粒度：雙重，項鏈，40%的6 級，60%10 級；M3 晶粒度：雙重，項鏈，40%的6.5 級，60%10 級。不能滿足標準要求。

圖2 3 個高倍試樣存在的混晶

原因分析

產品生產過程如下：下料(φ200mm×155mm)→鍛 荒[(1010±10) ℃×140min， 鐓 粗 至φ278mm×(80±5)mm，鐓粗速度8 ～15mm/s，終鍛溫度≥930 ℃，空冷] →機加定位臺( 圖3) →模鍛[(1005±10)℃×75min，壓制速度5mm/s，終鍛溫度≥930℃，空冷，模鍛件(圖4)]→熱處理(固溶975℃×90min，散開空冷)→理化→機加→入庫。

圖3 荒坯圖

圖4 鍛件圖

對比3 個高倍試樣位置(圖5)及其晶粒度(圖2)，可見越靠近盤件中心部位晶粒越粗。為了分析原因，對鍛件模鍛過程進行模擬(圖6)，可見模鍛過程中，鍛件中心上下表面靠近模具部位存在變形死區，中心存在劇烈變形區，而試樣M1 位于劇烈變形區且靠近變形死區；試樣M2 位置靠近劇烈變形區，變形量為61%～80%，試樣M3 變形量為52%～61%。分析原因，變形劇烈導致溫升較大，晶粒較粗，而變形死區由于變形不足或無變形也會導致晶粒粗大。因此試樣M1、M2、M3 混晶程度不同，試樣M1 晶粒最粗大，試樣M2、M3 次之。通過以上分析可知要想解決晶粒粗大不均勻問題，需要解決兩個問題，第一減少變形死區及劇烈變形；第二降低變形劇烈區溫度。

圖5 鍛件高倍取樣位置

圖6 模鍛應變場

解決措施

為了解決變形劇烈溫升較大和變形死區問題，采取措施如下。

⑴鍛荒及模鍛加熱溫度分別下調5℃，以便降低鍛造時變形劇烈部位的溫度。

⑵對模鍛前荒坯進行優化。優化前荒坯為鐓餅后一端面機加定位臺(圖3)。優化后荒坯(圖7)為一端面設置定位臺，另一端面設置成曲面，設置曲面目的是為了減少模鍛過程中的變形死區及劇烈變形區；另外，為了避免機加定位臺及曲面時浪費原材料，設計了閉式制坯胎模(圖8)，制坯時直接采用閉式制坯胎模進行鐓粗無需機加即可得到荒坯。模擬模鍛過程(圖9)，可見荒坯改進后，模鍛時鍛件變形較均勻，無變形死區及劇烈變形區。

圖7 優化后荒坯圖

圖8 胎模

圖9 模鍛應變場

工藝優化后，進行了小批試制，試制過程均按新版工藝要求執行，且工藝、技術、質量人員全程跟產，最終產品合格交付。試制批高倍組織如圖10 所示，M1 晶粒度：8.5 級；M2 晶粒度：8.5 級；M3 晶粒度：8.5 級。

圖10 試制批高倍組織

新的工藝方案，制坯采用胎模鍛造，有效地減少模鍛過程中的變形死區及劇烈變形區，使變形更加均勻；另外，不需進行機加定位工序，在節約材料的同時也節省了時間。最終有效解決了鍛件高倍混晶問題，滿足了客戶要求。

結論

⑴鍛件中心部位靠近模具上下表面位置變形量較小，晶粒較粗；鍛件變形量較大的部位，模鍛過程溫升大導致晶粒較粗；可見，變形量的大小直接影響晶粒度。

⑵適當的降低鍛造溫度，對晶粒有一定的細化作用。