上海雄鋼特種合金有限公司

GH2150合金棒材在大推力航空發(fā)動機上用于制造靜子與轉動葉片，使用溫度可達600℃。GH2150合金棒材的技術條件中，Ni（43/47）和Mo（4.0/5.2）的含量比原用GH2150板材和環(huán)形件合金有所降低，微量元素B（≥0.008）和Zr（≤0.02）的含量控制得更嚴，而Ce（≤0.10）的含量提高了近4倍。我國以前研制過GH2150板材和環(huán)形件合金，在航空發(fā)動機上已得到成功應用，但從以上對比中可見，其化學成分與GH2150棒材合金的確實存在一些差別。因此，有必要開展對GH2150合金棒材熱加工工藝性能的試驗與研究，這對于通過控制熱變形參數(shù)獲得理想的組織與性能尤為關鍵，也為GH2150合金棒材加工制造葉片提供了數(shù)據(jù)參考。

1實驗方法

試驗材料取自撫鋼大錠型（Φ406mm）生產的Φ24mm的GH2150合金軋制棒材，合金化學成分為（質量分數(shù),％）：C0.06，Cr14.82，Ni45.42，W2.87，Mo4.50，Nb1.11，Ti2.10，Al1.14，B0.006，Ce0.002，Zr0.02，F(xiàn)e余量。試樣先進行了預固溶熱處理，使得熱模擬試驗時試樣的狀態(tài)與實際模鍛葉片時的組織相近。試驗設備為Gleeble-1500熱模擬試驗機，形變速率為10/s（與模鍛機的壓下速率相近），變形溫度分別為：1000℃、1030℃、1050℃、1080℃、1100℃、1130℃，變形量為5％、10％、15％、20％、30％、40％、50％、60％、70％。然后測試在不同溫度及不同變形量條件下的變形抗力，繪制真應力．應變曲線：觀察試樣經熱模擬后的動態(tài)再結晶情況：觀察試樣經熱模擬試驗后，再經1080℃ｘ2h，油冷的固溶處理的回復再結晶情況，并繪制GH2150合金的熱塑性圖。

2實驗結果與討論

2.1GH2150合金不同溫度預處理后的金相組織

圖1為1000℃和1130℃預處理后的晶粒度觀察情況,GH2150合金棒材的品粒長大趨勢可見圖2所示。隨預處理溫度的升高,合金的晶粒度逐漸增大，1000℃(下限溫度)固溶處理后仍保留有大量的棒材軋態(tài)變形組織,而1130℃(上限溫度)固溶處理后晶粒度可達ASTM2~3。

2.2GH2150合金熱模擬試樣的金相組織

在1000℃、1050℃、1100℃進行不同變形量的熱模擬壓縮試驗,其組織狀態(tài)見圖3。

可見,1000℃變形小于10%時,沒有發(fā)生動態(tài)再結晶,1050℃變形量大于10%后,開始發(fā)生動態(tài)再結晶。同一變形溫度下,隨著變形量的增大,合金發(fā)生動態(tài)再結晶的比例增大。相同變形量下,變形溫度越高,合金發(fā)生動態(tài)再結晶的比例越高，且晶粒組織呈長大趨勢。而且,GH2150合金1050℃~1120℃加熱變形是較為合適的，在此溫度范圍內表現(xiàn)出良好的塑性,變形達70%未出現(xiàn)裂紋,動態(tài)再結晶的分析結果表明1050℃變形50%即可得到90%的動態(tài)再結晶,這將保證最終鍛件的組織均勻和性能穩(wěn)定。

2.3GH2150合金熱模擬試樣經1080℃固溶處理后的金相組織觀察

對經不同溫度(1000℃、1050℃、1100℃)及不同變形量熱模擬壓縮試驗后的試樣,進行了1080℃x2h,油冷的固洛熱處理,然后對其回復與再結晶組織進行了觀察,結果見圖4所示。不同溫度及變形量壓縮后,再經過固溶處理后晶粒的長大趨勢見圖5所示。

可見,GH2150合金的熱模擬試樣經1080℃x2h處理后,晶粒長大傾向較為明顯。1030℃~1080℃變形20%～70%，經1040℃×2h處理,不會引起晶粒粗大。但是,1100℃和5%、10%形變量壓縮時,1080℃固溶處理后的晶粒極大,產生了臨界變形量現(xiàn)象。

2.4GH2150合金經1080℃固溶處理后的熱模擬真應力一應變曲線

GH2150合金經1080℃固溶處理后，在不同溫度及不同形變量時的熱模擬真應力一真應變圖見圖6。

可見,GH2150合金具有良好的塑性，熱模擬試樣經1080℃×2h處理后,在此溫度范圍內產生40%的變形時的最大應力為320MPa～420MPa，較佳的變形溫度范圍可選為1040℃～1130℃。

2.5GH2150合金熱塑性圖

對GH2150合金不同溫度及變形量時的塑性圖進行了繪制,1080℃固溶處理后的平均晶粒尺寸變化結果見圖7。值得關注的是,從整體晶粒度變化分布中可見,在1100℃時進行小變量(5%、10%)的壓縮時,1080℃固溶處理后確實出現(xiàn)了臨界變形量現(xiàn)象。

3結論

1.GH2150合金具有良好的塑性,930℃～1130℃變形5%~70%的試樣表面質量良好,剖開心部均未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。較佳的變形溫度范圍可選為1040℃~1130℃,變形量可達70%。

2)不同溫度和不同變形量壓縮的試樣剖開心部壓縮變形組織中,1000℃壓縮的試樣晶粒很細小,仍保持變形組織的形貌，基本未發(fā)生完全的動態(tài)再結晶現(xiàn)象。1050℃和1100℃在形變量小時晶粒較大且均勻，形變量大時晶粒較為細小,有少量混晶出現(xiàn),為不完全再結晶組織。

3)壓縮試驗后經1080℃固溶處理后,均發(fā)生了不同程度的回復與再結晶現(xiàn)象。1080℃固溶處理時的晶粒長大傾向較為明顯,而且1100℃和5%、10%形變量壓縮時,1080℃固溶處理后的晶粒極大,產生了臨界變形量現(xiàn)象。