GH4738合金环形件高温环轧成形工艺研究

作     者：刘信祖 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐杰

授予年度：2018年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：GH4738合金 封严环 高温变形行为 环轧成形 

摘      要：封严环一直是航空发动机上的重要零件,在某些燃气轮机上也是作为封密件使用,从研制到正式投产一直使用的是GH4169合金,但在使用过程中发现该合金在高温状态下变形较大,在改用GH4738合金后,变形相对于GH4169的确实有所减小。由于前期没有该材料环锻件的生产经验,在正式批产GH4738环锻件时,必须通过足够的理论分析、有限元模拟和现场生产试制来寻求较为合理的锻造成形方式和热处理工艺路线,以此来确保零件可以得到较高的性能和较好的组织。本文采用热压缩实验来研究GH4738合金的高温变形行为,建立了GH4738合金本构关系模型,绘制了热加工图,分析热压缩后微观组织演变规律,同时研究了GH4738合金成形温度、变形量、变形速率对成形质量的影响,以此获得最佳锻造工艺参数:最佳变形温度在1120℃140℃之间,锻造速率在5s-1～20s-1之间,变形量在40%0%之间。在GH4738合金封严环生产试制前,通过Deform-3d软件模拟制坯及环轧过程,验证了工艺路线的合理性,在锻件镦粗过程中,提出了采用保温毡套镦粗的方法解决锻件表面温降过快的问题。在工艺研究试验过程中,选用进口Ф200mm、进口Ф250mm、国产Ф200mm三种棒料进行生产对比,发现对于该锻件采用一火环轧的工艺路线生产出的锻件组织更加均匀,国产Ф200mm与进口Ф200mm棒料生产的锻件组织、性能相当,均优于选用进口Ф250mm棒料生产的锻件指标,验证了GH4738合金封严环高温成形工艺路线可以采用3t自由锻制坯+辗环机环轧。最后对试验件进行热处理,研究不同热处理参数对锻件组织的影响。研究发现GH4738合金固溶后油冷比水冷更容易得到晶粒度均匀的组织,油冷后锻件内部不同位置的晶粒度更加相近,而水冷后不同位置的晶粒度更加离散,且容易有个别大晶粒和孪晶存在。随着固溶温度的降低,锻件晶粒度总体上呈现相应减小的变化规律。最后得到最佳热处理制度为固溶时在炉内温度保持在1020℃至1040℃,保温时间240min,出炉后油冷,时效在炉内温度保持在845℃,保温240min,出炉后空冷,二次时效在炉内加热温度为760℃,保温960min,出炉后空冷。