​GH4738合金锻件​GH4738合金热加工工艺性能

GH4738合金被广泛应用于制造燃汽轮机的涡轮叶片和涡轮盘等热端部件。作为涡轮盘件，GH4738合金在我国仅针对地面烟机的大型涡轮盘进行了研制工作,晶粒度要求为ASTM2~3级[1.2]。相对地面大型烟机涡轮盘件，航空涡轮盘件体积更小，但转速更快，因此需要更加均匀细小的晶粒组织以获得更高、更稳定的强度和抗疲劳性能,晶粒度需达到ASTM5级或更细。而GH4738合金材料本身的晶粒组织对热加工参数非常敏感，隆继锻造温度过高时易出现大晶、混晶现象，锻造温度过低时又很容易出现开裂[23]。因此需要研究合金在不同加热温度下的晶粒长大行为及不同锻造温度下的热塑性，以确定适用于GH4738涡轮盘的热加工工艺。

1试验材料及研究方法

本文试验材料由真空感应熔炼（VIM)加真空自耗重熔(VAR）双联工艺熔炼而成，钢锭直径为508mm，化学成分如表1所示。经锻造开坯后得到180mm的棒材，棒材的微观组织如图1所示，中心及R/2处晶粒度为ASTM6级，边缘晶粒较细,达到ASTM8级:棒材原始组织中还包括随机分布的块状一次碳化物MC相，以及锻造及冷却过程中析出的晶界二次碳化物M;Ce相和晶内细小的颗粒状的相。隆继试验分别从棒材R/2处及边缘处取10mm×10mm的块状试样，在980℃、1000c、1020℃.1040℃、1060℃、1080℃.1100℃.1120℃、1140℃、1160℃、1180℃、1200℃保温1h水淬，统计晶粒尺寸的变化情况并观察析出相的回溶规律。另外从棒材R/2处沿轴向取试棒,分别在980℃、1000℃、1020℃、1040℃、1060℃、1080℃、1100℃进行拉伸试验确定合金热塑性随温度的变化规律。综合晶粒尺寸和热塑性随温度的变化规律，即可确定实际锻造过程中的锻造温度和锻前加热工艺。

试验结果及分析

2.1晶粒长大行为

图2为初始晶粒度分别为ASTM6级和8级的GH4738合金在980℃~1200℃保温1h后的晶粒尺寸变化情况。可以看到1020℃以下保温时，晶粒尺寸长大较慢;随着温度继续升高，晶粒尺寸开始加速增长;超过1140℃后，晶粒尺寸再次开始加速增长。即晶粒长大随加热温度的变化曲线存在两个拐点。无论加热前晶粒度为6级还是8级，在同一加热温度下都将得到接近的晶粒尺寸。

通常情况下,第二相的存在会起到钉扎晶界从而抑制晶粒长大,所以图2中的拐点应当与第二相的回溶有关。图3为不同温度下的合金的显微组织变化，除了图2中晶粒尺寸的变化外，还可以看到随着温度的升高，颗粒状的y'相逐渐变少，并会在1040℃基本全部回溶，从而失去对晶界的钉扎作用，因此形成了图2中的拐点A。这一温度与热力学软件Thermal-Calc根据表1成分计算得到的y'全溶温度1036℃基本一致。而图2中拐点B应当与晶界M2;C相和MC碳化物的回溶及转变有关，当温度超过1140℃时，由于同时失去了碳化物和y'相的钉扎作用，晶粒尺寸以更快的速度长大。

2.2热塑性规律

图4为不同温度下GH4738合金瞬时拉伸试验(晶粒度ASTM6级)的延伸率。可以看到当变形温度低于1040℃时，合金的热塑性明显更低,这与强化相的脱溶析出有关。而随着变形温度升高,由于晶粒尺寸的长大,晶界结合力变弱，热塑性也开始逐渐下降。

根据图4结果,为避免锻造过程中锻件开裂,锻造温度要选择在1040℃以上。实际锻造生产时,工件的表面都存在不同程度的降温，所以需要根据降温的程度选择合适的锻造温度。

1)y相和碳化物的回溶都会加快GH4738合金的晶粒长大速度，从而在1020℃和 1140℃附近形成两个晶粒尺寸随温度变化的拐点。

2) GH4738合金在锻造温度低于1040℃时都会出现明显的热塑性下降。

3)为得到细晶组织的盘锻件，并保证锻造时锻件不开裂，锻造温度应选择在1040℃~1140℃,并尽量靠近低限。锻前加热时在1020℃添加保温台阶可以避免锻件小变形区出现大晶或混晶现象。