文/張瑩·陜西宏遠(yuǎn)航空鍛造有限責(zé)任公司

混晶缺陷是高溫合金常見(jiàn)的缺陷之一，會(huì)降低鍛件的強(qiáng)度。我公司生產(chǎn)的某高溫合金盤類鍛件(圖1)，下料規(guī)格為φ200mm×155mm，材料為INCO718，重量40kg，連續(xù)3 批出現(xiàn)高倍混晶問(wèn)題，嚴(yán)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(chǎn)過(guò)程中解決混晶問(wèn)題的措施。

圖1 鍛件

問(wèn)題描述

該鍛件產(chǎn)品連續(xù)3 批理化檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)高倍不合格，3 個(gè)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(xiàng)鏈，40%5.5 級(jí)，60%9.5級(jí)；M2 晶粒度：雙重，項(xiàng)鏈，40%的6 級(jí)，60%10 級(jí)；M3 晶粒度：雙重，項(xiàng)鏈，40%的6.5 級(jí)，60%10 級(jí)。不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖2 3 個(gè)高倍試樣存在的混晶

原因分析

產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)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(jī)加定位臺(tái)( 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(kāi)空冷)→理化→機(jī)加→入庫(kù)。

圖3 荒坯圖

圖4 鍛件圖

對(duì)比3 個(gè)高倍試樣位置(圖5)及其晶粒度(圖2)，可見(jiàn)越靠近盤件中心部位晶粒越粗。為了分析原因，對(duì)鍛件模鍛過(guò)程進(jìn)行模擬(圖6)，可見(jiàn)模鍛過(guò)程中，鍛件中心上下表面靠近模具部位存在變形死區(qū)，中心存在劇烈變形區(qū)，而試樣M1 位于劇烈變形區(qū)且靠近變形死區(qū)；試樣M2 位置靠近劇烈變形區(qū)，變形量為61%～80%，試樣M3 變形量為52%～61%。分析原因，變形劇烈導(dǎo)致溫升較大，晶粒較粗，而變形死區(qū)由于變形不足或無(wú)變形也會(huì)導(dǎo)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(guò)以上分析可知要想解決晶粒粗大不均勻問(wèn)題，需要解決兩個(gè)問(wèn)題，第一減少變形死區(qū)及劇烈變形；第二降低變形劇烈區(qū)溫度。

圖5 鍛件高倍取樣位置

圖6 模鍛應(yīng)變場(chǎng)

解決措施

為了解決變形劇烈溫升較大和變形死區(qū)問(wèn)題，采取措施如下。

⑴鍛荒及模鍛加熱溫度分別下調(diào)5℃，以便降低鍛造時(shí)變形劇烈部位的溫度。

⑵對(duì)模鍛前荒坯進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化前荒坯為鐓餅后一端面機(jī)加定位臺(tái)(圖3)。優(yōu)化后荒坯(圖7)為一端面設(shè)置定位臺(tái)，另一端面設(shè)置成曲面，設(shè)置曲面目的是為了減少模鍛過(guò)程中的變形死區(qū)及劇烈變形區(qū)；另外，為了避免機(jī)加定位臺(tái)及曲面時(shí)浪費(fèi)原材料，設(shè)計(jì)了閉式制坯胎模(圖8)，制坯時(shí)直接采用閉式制坯胎模進(jìn)行鐓粗無(wú)需機(jī)加即可得到荒坯。模擬模鍛過(guò)程(圖9)，可見(jiàn)荒坯改進(jìn)后，模鍛時(shí)鍛件變形較均勻，無(wú)變形死區(qū)及劇烈變形區(qū)。

圖7 優(yōu)化后荒坯圖

圖8 胎模

圖9 模鍛應(yīng)變場(chǎng)

工藝優(yōu)化后，進(jìn)行了小批試制，試制過(guò)程均按新版工藝要求執(zhí)行，且工藝、技術(shù)、質(zhì)量人員全程跟產(chǎn)，最終產(chǎn)品合格交付。試制批高倍組織如圖10 所示，M1 晶粒度：8.5 級(jí)；M2 晶粒度：8.5 級(jí)；M3 晶粒度：8.5 級(jí)。

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(guò)程中的變形死區(qū)及劇烈變形區(qū)，使變形更加均勻；另外，不需進(jìn)行機(jī)加定位工序，在節(jié)約材料的同時(shí)也節(jié)省了時(shí)間。最終有效解決了鍛件高倍混晶問(wèn)題，滿足了客戶要求。

結(jié)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(guò)程溫升大導(dǎo)致晶粒較粗；可見(jiàn)，變形量的大小直接影響晶粒度。

⑵適當(dāng)?shù)慕档湾懺鞙囟龋瑢?duì)晶粒有一定的細(xì)化作用。