Honeywell 某盤件質量改進

文／任盼·陜西宏遠航空鍛造有限責任公司

XX288-1 是我廠從2019 年起為霍尼韋爾承制的盤件，該盤件材料為美國牌號inco718（GH4169）。截至目前共計生產了15 批，該產品在前期生產時發現某些批次存在低倍組織不均勻，高低倍混晶的問題，曾有一批出現過整批報廢。本文通過對該鍛件增加熱電偶進行加熱溫度控制，對鍛荒工藝進行了改進，通過增加翻面工步，降低產品心部過熱的可能，逐步加大鐓餅尺寸，使產品兩面變形量及變形熱均勻，通過此工藝優化實際生產得到了晶粒度合格、組織均勻、性能良好的鍛件。

本文所述盤鍛件材料為INCO718(GH4169)，是沉淀強化型鎳基高溫合金，該合金是一種鐵-鎳-鉻基的變形高溫合金，合金組織由γ 基體、δ 相、碳化物和作為強化相的γ”(Ni3Nb)和γ’(Ni3(Al，Ti))組成，在-253 ～650℃的溫度范圍內得到廣泛應用，650℃以下的屈服強度居變形高溫合金的首位，并具有良好的抗疲勞、抗輻射、抗氧化、耐腐蝕性能以及良好的加工性能。在航空領域中，GH4169 高溫合金主要用于制造發動機中工作溫度在650℃以下的各種盤件、環件和葉片等部件。

鍛件生產及檢驗過程

本文所討論的鍛件信息如下：鍛件重量為31.5kg，材料為INCO718，材料標準為AMS5662，鍛件標準4GS-752-2019。本鍛件鍛造工步分為鍛荒和模鍛，鍛荒工藝采用16MN 自由鍛壓力機，模鍛采用100MN 模鍛壓力機。

原材料來源于卡本特，該產品生產過程如下：下料(φ200mm×155mm，40kg)→鍛荒[(1010±10)℃×140min，鐓粗至φ(278±5)mm×155mm，鐓粗速度8 ～15mm/s，終鍛溫度≥930℃，空冷]→機加工定位臺(機加工后荒型見圖1)→模鍛[(1005±10)℃×75min，壓制速度5mm/s，終鍛溫度≥930℃，空冷，模鍛件見圖2]→熱處理(固溶975℃×90min，散開空冷)→理化→機加工→入庫。

圖1 機加工后荒型圖

圖2 鍛件圖

自投產以來共生產15 批，其中5 批存在不同程度的高倍混晶，2 批低倍組織不均勻，因金相不合格報廢1 批27 件，其生產記錄及金相情況詳見表1。本文重點挑選報廢批進行討論，報廢批爐號為607250，爐代號為C3，調取此批原材料材質書，原材料來源于卡本特，原材料晶粒度如表2 所示。取樣觀測高低倍組織及流線，取樣標準和數量見表3，取樣位置見圖3。

表1 生產記錄及金相情況

表2 原材料晶粒度

表3 原材料取樣數量及標準

圖3 原材料取樣位置

在低倍片(圖4)上看到清晰的粗大晶，高倍圖(圖5)中清晰地看到帶狀組織，混晶程度：M1 晶粒度70%4.5 +30%9.5 級、M2 晶粒度60%4+40%9.5級、M3 晶粒度30%5+70%7 級。不符合客戶規定的低倍流線沿鍛件外形，無渦流和紊流，微組織無L 相和針狀相帶，晶粒度要求4 級或更細，非再結晶晶粒度允許2 ～4 級≤20%。

圖4 低倍組織

圖5 高倍組織

此項產品熱處理制度：固溶975℃×90min，散開空冷，GH4169 靜態再結晶溫度為1020℃。GH4169合金在熱變形階段形成的未再結晶的扁長晶粒，在固溶熱處理期間，因為固溶溫度低于靜態再結晶溫度，無法完成靜態再結晶。GH4169 的再結晶是通過熱變形過程中的動態再結晶完成的，所以熱變形終結狀態的晶粒形貌和再結晶程度在隨后熱處理與零件冷加工制造過程中不會改變。

經過討論認為此爐應該是由于爐溫控制不好，產品過熱引起的晶粒粗大，根據模擬，鐓餅結束時心部的溫度和變形量較其他部位大，原工藝心部變形量可達到70%，心部溫度可達1060℃，見圖6。根據實際生產經驗為預防心部過熱引起的晶粒粗大將荒型尺寸由φ200mm×155mm 鐓粗至φ(278±5)mm×80+5mm 改變為鐓粗至φ237mm×(110±3)mm，隨后翻面鐓粗滾圓至φ(278±5)mm×80+5mm。計算變形量得知，原工藝變形量為50%左右，更改后變形量均為30%左右。翻面過程可以使產品溫度擴散均勻，變形量也均勻。因為鐓餅過程本身極易出現四周變形死區，心部溫度高，變形量大，為后續模鍛增加難度和壓力，所以鍛造荒型時盡量保證組織的均勻性，為獲得良好的產品組織打下基礎。另由于此批產品是由于爐溫控制不好引起的晶粒粗大，所以在全部鍛造過程中加兩條熱電偶控溫。

圖6 原工藝模擬溫度場和應變場

對后續經過改變荒型尺寸的產品進行高低倍檢查，獲得的晶粒圖如圖7所示，組織良好，晶粒度均勻。

圖7 優化后荒型晶粒組織

結束語

本文通過對Honeywell 盤件報廢批的討論，對荒型工步進行改進，鐓餅過程翻面進行，雖每工步變形量減少，但翻面時夾具與產品接觸面會使產品溫度降低心部散熱，其余兩面與空氣接觸也使心部散熱，降低了心部過熱，解決了晶粒粗大的問題，后續產品按照新的荒型工藝鍛荒以獲得晶粒組織均勻的產品。