一種循環(huán)加載與卸載變形細(xì)化gh4169合金鍛件晶粒組織的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于鍛造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種循環(huán)加載與卸載變形細(xì)化GH4169合金鍛件 晶粒組織的方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] GH4169合金一種以γ "相（Ni3Nb)和γ '相（Ni3AlTi)為強(qiáng)化相的鎳基高溫 合金。由于GH4169合金通常在-253~700°C溫度范圍內(nèi)具有良好的綜合性能，特別是在 650°C以下的屈服強(qiáng)度居變形高溫合金的首位，且具有良好的抗疲勞、抗蠕變、抗氧化、耐腐 蝕性能，以及良好的加工性能。因此，GH4169合金廣泛應(yīng)用于制造各種形狀復(fù)雜、性能要求 特別高的航空、航天零部件。
[0003] 獲得均勻細(xì)小的GH4169合金組織，是鍛造等熱加工工藝必須實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵目標(biāo)。在 鍛造等熱變形過程中，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制是晶粒組織細(xì)化的最重要的途徑。然而，研宄表明， GH4169合金發(fā)生完全的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶需要足夠大的變形量，當(dāng)變形量較小時(shí)，不完全的動(dòng)態(tài) 再結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致混晶的出現(xiàn)，將嚴(yán)重影響材料的力學(xué)性能。然而，由于模鍛過程中摩擦等不確 定因素導(dǎo)致材料變形不均勻，難以保證各部位的應(yīng)變均超過動(dòng)態(tài)再結(jié)晶完全發(fā)生所需的最 小應(yīng)變，小變形區(qū)將存在混晶現(xiàn)象。因此，急需發(fā)明一種新方法，利用該方法能降低GH4169 合金發(fā)生完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶所需的應(yīng)變，從而使得鍛件小變形區(qū)也能發(fā)生完全的動(dòng)態(tài)再結(jié) 晶，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。
[0004] 2007年8月22日公開的中國(guó)發(fā)明專利說明書CN101020949A (【申請(qǐng)?zhí)枴?200710077668. 6)公開了一種GH4169合金等溫鍛造用細(xì)晶的制坯方法，所述的GH4169合金 等溫鍛造用細(xì)晶的制坯方法與本發(fā)明方法不同，該方法需要進(jìn)行兩次鐓粗和拔長(zhǎng)，最終再 進(jìn)行一次輾軋變形達(dá)到細(xì)化晶粒的目的，其原理是采用反復(fù)大變形細(xì)化晶粒。該工藝相當(dāng) 復(fù)雜，工序較多，加工成本較高。因此，急需提出一種能通過較小的變形量即可細(xì)化GH4169 合金鍛件晶粒組織的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種循環(huán)加載與卸載變形細(xì)化GH4169合金鍛件晶粒組織 的方法，該方法可以有效地降低GH4169合金發(fā)生完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶所需的應(yīng)變，解決了現(xiàn)有 細(xì)化GH4169合金鍛件晶粒組織的方法需要大變形的難題。
[0006] 本發(fā)明解決上述難題的方案是：
[0007] 步驟1 :將GH4169合金鍛坯進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理工藝為：將鍛坯加熱至900°C~ 940°C保溫，保溫時(shí)間為10小時(shí)~14小時(shí)；
[0008] 步驟2 :將經(jīng)過預(yù)處理后的GH4169合金鍛坯加熱至變形溫度980°C~1010°C，保 溫至鍛坯溫度均勻后，進(jìn)行多次循環(huán)加載與卸載變形，循環(huán)加載與卸載變形工藝為：鍛坯的 變形速率為〇. OOlfT1~0.005s Λ變形量每隔5%~10%進(jìn)行一次卸載和重加載，每次卸載 時(shí)間為IOs~15s，鍛坯的總變形量為45%~70% ;
[0009] 步驟3 :變形結(jié)束后，立即對(duì)鍛件淬火。
[0010] 本發(fā)明的有益效果為：該方法充分利用了應(yīng)變速率對(duì)GH4169合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的 影響規(guī)律，采用多次循環(huán)加載與卸載變形，加速了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生速率，降低了 GH4169合 金發(fā)生完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶所需的應(yīng)變，從而減小了 GH4169合金鍛件晶粒細(xì)化所需的變形量， 為采用較小的變形量細(xì)化了 GH4169合金鍛件晶粒提供了方法。
【附圖說明】：
[0011] 圖1GH4169合金鍛坯的原始晶粒組織
[0012] 圖2GH4169合金鍛坯經(jīng)過預(yù)處理之后的組織；
[0013] 圖3實(shí)施例1的鍛造工藝示意圖：（a)為溫度-時(shí)間曲線；(b)為載荷-時(shí)間曲線； (c)為一個(gè)循環(huán)加載過程的載荷-時(shí)間曲線；（d)為載荷-應(yīng)變曲線；
[0014] 圖4實(shí)施例1工藝獲得的GH4169合金鍛件的晶粒組織；
[0015] 圖5實(shí)施例1對(duì)比實(shí)驗(yàn)載荷-時(shí)間曲線；
[0016] 圖6實(shí)施例1對(duì)比實(shí)驗(yàn)獲得的GH4169合金鍛件的晶粒組織；
[0017] 圖7實(shí)施例2的鍛造工藝示意圖：（a)為溫度-時(shí)間曲線；(b)為載荷-時(shí)間曲線； (c)為一個(gè)循環(huán)加載過程的載荷-時(shí)間曲線；（d)為載荷-應(yīng)變曲線；
[0018] 圖8實(shí)施例2工藝獲得的GH4169合金鍛件的晶粒組織。
【具體實(shí)施方式】：
[0019] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020] 本發(fā)明一種采用多次循環(huán)加載與卸載變形細(xì)化GH4169合金鍛件晶粒組織的方 法，下面所有實(shí)施例中選用的GH4169合金成分如表1，該合金的原始組織為固溶態(tài)，其固 溶工藝為在固溶溫度1040°C，保溫40分鐘，原始晶粒組織如圖1所示，初始晶粒尺寸為 75 μ m，需要在鍛造變形過程中細(xì)化晶粒。
[0021] 表1本發(fā)明實(shí)例中所用材料的GH4169合金成分（wt. % )
[0022]
[0023] 實(shí)施例1
[0024] 步驟1 :將GH4169合金鍛坯進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理工藝為：將鍛坯加熱至900°C保 溫，保溫時(shí)間為12小時(shí)，然后淬火。經(jīng)預(yù)處理之后的GH4169合金鍛坯組織如圖2所示，初 始晶粒主要為75 μ m的等軸晶。
[0025] 步驟2 :將經(jīng)過預(yù)處理后的GH4169合金鍛坯加熱至變形溫度980°C，保溫至鍛坯溫 度均勻后，進(jìn)行多次循環(huán)加載與卸載變形，循環(huán)加載與卸載變形工藝為：鍛坯的變形速率為 0. ΟΟΙ?Γ1，變形量每隔5%~10%進(jìn)行一次卸載和重加載，每次卸載時(shí)間為10s，鍛坯的總變 形量為50%。
[0026] 步驟2中，GH4169合金鍛坯的加熱工藝如圖3(a)所示；鍛坯首先以10°C /s升溫 速度加熱至980°C，然后保溫300s，待鍛坯溫度分布均勻后進(jìn)行多次循環(huán)加載與卸載變形， 在多次循環(huán)加載與卸載變形過程中，鍛坯溫度保持980°C不變；GH4169合金鍛坯的多次循 環(huán)加載與卸載變形工藝如圖3 (b)所示，鍛坯溫度均勻后，開始進(jìn)行變形，實(shí)施例1中總共進(jìn) 行了 9次循環(huán)加載與卸載變形，每次卸載時(shí)間為IOs (如圖3 (c)所示），卸載結(jié)束后，立即重 新加載海次卸載的變形量間隔如圖3(d)所示，鍛坯的總變形量為50%，對(duì)應(yīng)圖3(d)中真 應(yīng)變?yōu)?.7。
[0027] 步驟3 :變形結(jié)束后，立即對(duì)鍛坯淬火。
[0028] 對(duì)GH4169合金鍛件進(jìn)行金相觀察，結(jié)果如圖4所示。對(duì)比圖4和圖1可知，本發(fā) 明的方法可以在鍛坯的總變形量為50%時(shí)實(shí)現(xiàn)細(xì)化晶粒的目的。為了證明本發(fā)明方法的優(yōu) 越性，進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)所選用的變形溫度、應(yīng)變速率和鍛坯的總變形量與本發(fā)明 實(shí)施例1相同，區(qū)別在于對(duì)比實(shí)驗(yàn)未進(jìn)行循環(huán)加載與卸載變形，而是以恒應(yīng)變速率變形至 結(jié)束，其載荷-時(shí)間曲線如圖5所示。對(duì)比實(shí)驗(yàn)獲得的GH4169合金最終組織如圖6所示。 由圖6可知，未采用本發(fā)明方法時(shí)，同樣的總變形量，GH4169合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶程度很小，且 存在混晶組織，未達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。因此，對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明了本發(fā)明提出的方法具有優(yōu)越 性。
[0029] 實(shí)施例2
[0030] 步驟1 :將GH4169合金鍛坯進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理工藝為：將鍛坯加熱至900°C保 溫，保溫時(shí)間為12小時(shí)，然后淬火。經(jīng)預(yù)處理之后的GH4169合金鍛坯組織如圖2所示，初 始晶粒主要為75 μ m的等軸晶。
[0031] 步驟2 :將經(jīng)過預(yù)處理后的GH4169合金鍛坯加熱至變形溫度1010°C，保溫至鍛坯 溫度均勻后，進(jìn)行多次循環(huán)加載與卸載變形，循環(huán)加載與卸載變形工藝為：鍛坯的變形速率 為Ο.ΟΟΙ?Γ 1，變形量每隔5%~10%進(jìn)行一次卸載和重加載，每次卸載時(shí)間為10s，鍛坯的總 變形量為50%。
[0032] 步驟2中，GH4169合金鍛坯的加熱工藝如圖7(a)所示；鍛坯首先以KTC /s升 溫速度加熱至1010°c，然后保溫300s，待鍛坯溫度分布均勻后進(jìn)行多次循環(huán)加載與卸載變 形，在多次循環(huán)加載與卸載變形過程中，鍛坯溫度保持980°C不變；GH4169合金鍛坯的多次 循環(huán)加載與卸載變形工藝如圖7(b)所示，鍛坯溫度均勻后，開始進(jìn)行變形，實(shí)施例1中總共 進(jìn)行了 9次循環(huán)加載與卸載變形，每次卸載時(shí)間為IOs (如圖7 (c)所示），卸載結(jié)束后，立即 重新加載；每次卸載時(shí)的變形量間隔如圖7(d)所示，鍛還的總變形量為50%，對(duì)應(yīng)圖7(d) 中真應(yīng)變?yōu)?.7。
[0033] 步驟3 :變形結(jié)束后，立即對(duì)鍛件淬火。
[0034] 對(duì)GH4169合金鍛件進(jìn)行金相觀察，結(jié)果如圖8所示。對(duì)比圖8和圖1可知，本發(fā) 明的方法可以在鍛坯的總變形量為50%時(shí)實(shí)現(xiàn)細(xì)化晶粒的目的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種循環(huán)加載與卸載變形細(xì)化GH4169合金鍛件晶粒組織的方法，其特征在于該方 法利用多次循環(huán)加載與卸載變形細(xì)化GH4169合金鍛件的晶粒組織，其包括如下步驟： 步驟1 :將GH4169合金鍛坯進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理工藝為：將鍛坯加熱至900°C~940°C 保溫，保溫時(shí)間為10小時(shí)~14小時(shí)； 步驟2 :將經(jīng)過預(yù)處理后的GH4169合金鍛坯加熱至變形溫度980°C~1010°C，保溫至 鍛坯溫度均勻后，進(jìn)行多次循環(huán)加載與卸載變形，循環(huán)加載與卸載變形工藝為：鍛坯的變形 速率為〇. OOlfT1~〇. 0058'變形量每隔5%~10%進(jìn)行一次卸載和重加載，每次卸載時(shí)間 為IOs~15s，鍛坯的總變形量為45 %~70% ; 步驟3 :變形結(jié)束后，立即對(duì)鍛件淬火。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟1所述的鍛坯預(yù)處理工藝為：將鍛坯加 熱至900°C~940°C保溫，保溫時(shí)間為10小時(shí)~14小時(shí)。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟2所述的多次循環(huán)加載與卸載變形工藝 為：變形溫度為980°C~IOKTC，鍛坯的變形速率為0.0 Ols4~0. 0058'變形量每隔5%~ 10%進(jìn)行一次卸載和重加載，每次卸載時(shí)間為IOs~15s，鍛坯的總變形量為45%~70%。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種循環(huán)加載與卸載變形細(xì)化GH4169合金鍛件晶粒組織的方法。該方法包括如下步驟：(1)將GH4169合金鍛坯進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理工藝為：將鍛坯加熱至900℃～940℃保溫，保溫時(shí)間為10小時(shí)～14小時(shí)；(2)將經(jīng)過預(yù)處理后的GH4169合金鍛坯加熱至變形溫度980℃～1010℃，保溫至鍛坯溫度均勻后，進(jìn)行多次循環(huán)加載與卸載變形，循環(huán)加載與卸載變形工藝為：鍛坯的變形速率為0.001s-1～0.005s-1，變形量每隔5％～10％進(jìn)行一次卸載和重加載，每次卸載時(shí)間為10s～15s，鍛坯的總變形量為45％～70％；(3)變形結(jié)束后，立即對(duì)鍛件淬火。本發(fā)明能夠以較小的變形量達(dá)到細(xì)化GH4169合金晶粒組織的目的，為GH4169合金鍛件的品質(zhì)躍升提供了新技術(shù)。
【IPC分類】C22F1/10
【公開號(hào)】CN104947014
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510400965
【發(fā)明人】陳明松, 藺永誠(chéng), 陳小敏, 李闊闊
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年7月10日