GH2909合金是先進航空發(fā)動機實現(xiàn)間隙控制技術(shù)的重要工程材料,主要用于制造第四代發(fā)動機的渦輪中層機匣、承力環(huán)和蜂窩支撐環(huán)等間隙控制零件,以減少漏氣損失、提高效率、降低耗油率。GH2909是在GH2907合金基礎(chǔ)上提高了Si含量,調(diào)整了熱處理工藝而發(fā)展起來的。GH2909是Fe-Ni-Co基時效硬化新型低膨脹高溫合金,在650℃以下具有高的強度和塑性、低的熱膨脹系數(shù)、幾乎恒定的彈性模量以及良好的抗氧化和冷熱疲勞等綜合力學(xué)性能,可減少轉(zhuǎn)動部件與靜止部件之間的間隙,實現(xiàn)間隙控制,節(jié)約能源,降低消耗,提高發(fā)動機推力,是航空和航天發(fā)動機用的理想高溫合金材料,因而在飛機發(fā)動機中得到了廣泛應(yīng)用。
多年來由于鍛造設(shè)備條件的限制:僅有2000噸快鍛壓機,因而大規(guī)格高溫合金鍛棒生產(chǎn)是某公司高溫合金發(fā)展的短板。GH2909合金大規(guī)格棒材的主要問題是:
?。?)組織粗大、不均勻,進而導(dǎo)致超聲波探傷雜波高,甚至底波衰減嚴(yán)重;
?。?)性能檢測數(shù)據(jù)波動大。隨著鍛造設(shè)備條件的改善:4500噸快鍛壓機和1800噸精鍛機的投產(chǎn),并為改善和提高GH2909合金大規(guī)格鍛材質(zhì)量,開展了鍛造工藝對GH2909合金大規(guī)格棒材組織與性能的影響研究。
GH2909合金冶煉工藝路線為真空感應(yīng)+真空電弧重熔,將Φ440mm電極真空電弧重熔成Φ508mm鋼錠,鋼錠經(jīng)均勻化熱處理后,鍛造生產(chǎn)大規(guī)格高溫合金鍛材。
開坯鍛造采用逐級降溫大變形鍛造工藝,每火次變形量均在30%以上;末火鍛造加熱溫度:1000℃;大部分變形溫度:≤955℃,終鍛溫度:≥870℃;并分別采用三種鍛造方法:
?。?)2000噸快鍛壓機整支鋼錠直接拔長+中切分段+分別一火鍛造成材;
?。?)整支鋼錠4500噸快鍛壓機兩鐓兩拔+中切分段+分別一火1800噸精鍛機成材;
?。?)4500噸快鍛壓機整支拔長+兩端打鉗口+中切分段+采用漏盤分別兩鐓兩拔+1800噸一火精鍛機成材;然后,在棒材上分別取中心、1/2R和邊緣組織和橫向性能試樣,采用光學(xué)顯微鏡觀察顯微組織和檢測力學(xué)性能,成品車光后超聲波探傷檢測。試驗結(jié)果表明:
?。?)2000噸快鍛壓機設(shè)備噸位局限明顯。
?。?)方法2鍛后棒材橫截面上中心、1/2R存在少量混晶組織,邊緣晶粒達到8級,組織均勻細(xì)小。
?。?)方法3鍛后棒材橫截面上中心、1/2R、邊緣組織均勻,各部位晶粒較為一致,晶粒度在6級左右。方法3比方法1室溫拉伸屈服強度和抗拉強度均增加70MPa以上,室溫拉伸塑性也增加明顯,達3%以上;高溫拉伸屈服強度和抗拉強度均增加20MPa以上,高溫拉伸塑性有所降低;持久壽命降低,持久塑性相當(dāng)。方法3與方法2各項性能檢測結(jié)果相當(dāng)。
因此,方法3,即采用4500噸壓機整支拔長+兩端打鉗口+中切分段+采用漏盤分別兩鐓兩拔+1800噸一火精鍛機成材,可使GH2909合金大規(guī)格棒材組織均勻細(xì)小,獲得滿足標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求的良好的綜合性能。