前言

GH2907合金是以Nb、Ti為主要強(qiáng)化元素的時(shí)效型鐵鈷鎳基低膨脹合金，在650℃以下具有很高的強(qiáng)度，低的膨脹系數(shù)，良好的熱疲勞性能和幾乎恒定的彈性模量。采用低膨脹GH2907合金做薄壁靜子結(jié)構(gòu)部件，減小渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)部件與固定部件之間的間隙，可以節(jié)省耗油率約2%,大幅度降低能源消耗2。受材料本身特性的影響，組織細(xì)化難度大，合金的探傷雜波水平一直較高。近幾年來，隨著新機(jī)型的上馬，GH2907合金的年需求量急速飆升。因此不斷優(yōu)化鍛造工藝，保證鍛棒組織均勻細(xì)化一直是GH2907合金棒材鍛造努力的方向。本文通過對(duì)不同鍛造工藝生產(chǎn)的GH2907合金棒材進(jìn)行組織分析，得出最佳的GH2907合金鍛造生產(chǎn)工藝。

1?試驗(yàn)材料和方法

采用雙真空工藝生產(chǎn)的GH2907合金φ508mm自耗錠共三爐，鋼錠首先進(jìn)行均勻化高溫?cái)U(kuò)散，隨后在3150t快鍛機(jī)上開坯成φ280mm棒坯，在1800t精鍛機(jī)加熱爐分別按照A、B、C(A<B<C)三種制度進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間均為1h40min,一火開坯成φ225mm棒材，隨后車光成φ(210±1)mm棒材進(jìn)行低倍、高倍組織和探傷檢驗(yàn)。橫向低倍經(jīng)過車光、精磨，粗糙度達(dá)到Ra 0.8μm,用工業(yè)硫酸銅腐蝕后目視法進(jìn)行低倍組織檢驗(yàn)。橫低倍檢驗(yàn)完后，按照如圖1所示的位置用砂輪片切取縱低倍，縱低倍精磨后，粗糙度為Ra 0.8μm,同樣用工業(yè)硫酸銅腐蝕后用目視法進(jìn)行低倍組織檢驗(yàn)。在橫低倍上邊緣、1/2半徑以及中心切取15mm×15mm×15mm的金相試樣，用1.5g硫酸銅溶液腐蝕1min,在AXTO-VERT40 MAT型光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行晶粒度評(píng)級(jí)。探傷采用的是CTS-22型超聲波探傷儀，探傷頻率φ2.5MHz。三種制度對(duì)應(yīng)采用鋼錠的化學(xué)成分見表1。

2試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1橫向低倍組織情況對(duì)比

從圖1所示的橫向低倍情況可以看出，宏觀上講，A制度生產(chǎn)的棒材心部組織細(xì)小，邊緣有將近50mm厚的粗晶層，B制度生產(chǎn)的棒材整體上晶粒組織均勻細(xì)小，C制度生產(chǎn)的棒材整體上晶粒組織均勻，但是較B制度生產(chǎn)的棒材組織粗大。

2.2?縱向低倍組織情況的比較

從圖2所示的縱向低倍組織，A制度生產(chǎn)的試樣邊緣組織粗大，均為拉長(zhǎng)的未再結(jié)晶組織，中心部位為細(xì)小的等軸晶粒，1/2半徑靠邊緣部位混晶嚴(yán)重，而且粗細(xì)晶區(qū)域之間界限明顯，幾乎沒有過渡。通過分析可知，表面的粗晶層是由于在再結(jié)晶溫度以下冷變形造成的軸向拉長(zhǎng)和異常長(zhǎng)大，受精鍛機(jī)變形特點(diǎn)的影響，精鍛機(jī)的鍛造力無法完全傳遞到棒材心部，主要是表面變形，而從A制度生產(chǎn)的棒材縱向試樣組織情況可以初步判斷，精鍛機(jī)在鍛造φ265mm成品棒材時(shí)，變形層的深度基本在60mm左右。

2.3?晶粒組織情況對(duì)比

對(duì)A、B、C三種制度生產(chǎn)的低倍片進(jìn)行解剖，觀察橫向和縱向晶粒組織，B制度和C制度的晶?；就耆俳Y(jié)晶，并且比較均勻，B制度生產(chǎn)的棒材晶粒度在6.0級(jí)左右，C制度生產(chǎn)的棒材晶粒度在4.0級(jí)左右。A制度生產(chǎn)棒材不同部位晶粒組織變化較大，從圖3可以看出，A制度生產(chǎn)的棒材邊緣50～70mm厚的部分全部在動(dòng)態(tài)的結(jié)晶狀態(tài)鍛造成型，晶粒完全沒有回復(fù)，部分區(qū)域因巨大的應(yīng)力集中造成晶粒的不均勻異常長(zhǎng)大；中心區(qū)域晶粒度細(xì)小均勻，可以達(dá)到8級(jí)等軸晶晶粒組織，所以根據(jù)精鍛機(jī)的變形特點(diǎn)，基本可以確定精鍛坯料在990℃保溫條件下晶粒未長(zhǎng)大，仍然很細(xì)。

2.4探傷情況對(duì)比

對(duì)A、B、C三種制度生產(chǎn)的棒材進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)，結(jié)果如表2所示，從結(jié)果可以看出，探傷雜波的實(shí)際水平和棒材的晶粒組織有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，說明探傷過程中發(fā)現(xiàn)的組織雜波主要受晶粒度尺寸的影響。同時(shí)采用B制度生產(chǎn)的棒材探傷實(shí)物水平達(dá)到φ2.0平底孔當(dāng)量，優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)φ2.5平底孔當(dāng)量要求。

3?結(jié)論

GH2907合金的探傷雜波主要受晶粒度尺寸的影響。

采用A制度加熱生產(chǎn)，棒材心部組織細(xì)小，表面由于溫度低，未完成動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，會(huì)形成粗晶層；采用C制度加熱生產(chǎn)，由于溫度超過了GH2907合金的晶粒度快速長(zhǎng)大溫度，精鍛生產(chǎn)后晶粒無法完全細(xì)化；采用B制度生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的GH2907合金棒材可以保證整個(gè)橫截面組織均勻，細(xì)小，探傷可以達(dá)到φ2.0平底孔當(dāng)量，完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。