GH4169合金锻件晶粒度与锻造热力参数关系的建立方法

摘要

本发明GH4169合金锻件晶粒度与锻造热力参数关系的建立方法涉及高温合金锻造技术领域，具体涉及GH4169合金锻件晶粒度与锻造热力参数关系的建立方法，包括以下步骤：采用GH4169合金试样在锻压设备的上进行近等温锻压缩实验；对近等温锻压缩实验过程进行有限元模拟，获得试样纵截面上的锻造热力参数；选取7~10个金相观测点并确定观测点的晶粒度；根据有限元计算结果，确定金相观测点的锻造热力参数值；根据上述第三步和第四步得到的晶粒度和锻造热力参数值，绘制晶粒度与锻造热力参数关系的等值线图。本发明其微观组织测试结果更接近实际生产情况，且可通过单次压缩实验获得多热力参数组合条件下的实验数据；本发明所得结果能够准确、直接地预测GH4169合金锻件晶粒度。

说明书

技术领域

本发明涉及高温合金锻造技术领域，具体涉及GH4169合金锻件晶粒度与锻造热力参数关系的建立方法。

背景技术

GH4169合金是一种以Ni-Cr-Fe为基体的时效硬化型镍基高温合金，主要析出相有γ″相、γ′相及δ相。体心四方结构的γ＂相化学式为Ni3Nb为主要强化相, 面心立方结构的γ＇化学式为Ni3AlTi为辅助强化相， 合金中的亚稳共格相γ＂相极易在其制造及服役过程中转变为正交非共格相δ相化学式为Ni3Nb，是γ＂相的平衡相. 与一般用面心立方Ni3(Al,Ti)(γ′相)进行沉淀强化的高温合金不同, GH4169合金中沉淀相和基体之间共格畸变较大, 使得该合金从深冷-253℃至650℃很宽温度范围内的组织性能均保持稳定, 从而成为深冷条件和高温条件下用途极广的高温合金之一。由于GH4169合金固溶热处理温度低于静态再结晶温度，使其在固溶热处理时无法进行静态再结晶，也就是说GH4169合金锻件的晶粒度主要取决于锻造过程，而在随后的热处理与零件加工制造过程中不会改变。因此，建立准确的GH4169合金晶粒度与锻造成形过程热力参数之间的关系，对精确分析和预测GH4169合金锻件晶粒度具有重要意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种采用亚尺寸试样进行近等温锻压缩实验方法，与单一热力参数组合的小试样等温恒应变速率压缩实验相比，其微观组织测试结果更接近实际生产情况，且可通过单次压缩实验获得多热力参数组合条件下的实验数据；基于此，本发明提供基于亚尺寸双锥压缩实验的GH4169合金锻件晶粒度与锻造热力参数关系的建立方法，所得结果能够准确、直接地预测GH4169合金锻件晶粒度。

本发明GH4169合金锻件晶粒度与锻造热力参数关系的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，采用GH4169合金亚尺寸双锥试样置于锻压设备的上下砧板之间，进行近等温锻压缩实验；

第二步，对GH4169合金亚尺寸双锥试样近等温锻压缩实验过程进行有限元模拟，获得试样纵截面上的锻造热力参数；

第三步，将压缩实验得到的圆饼试样沿纵截面剖开，于径向中心线上选取7~10个金相观测点并确定观测点的晶粒度，观测点位置根据第二步中得到的试样纵截面内径向中心线上等效应变数值大小以等梯度原则确定；

第四步，根据第二步所得到的有限元计算结果，确定金相观测点的锻造热力参数值；

第五步，根据上述第三步和第四步得到的晶粒度和锻造热力参数值，绘制晶粒度与锻造热力参数关系的等值线图。

优选地，采用亚尺寸双锥试样近等温锻压缩实验获得不同热力参数下GH4169合金晶粒度的实验数据。

优选地，亚尺寸双锥试样的中径尺寸应不小于40mm。

优选地，近等温锻压缩实验中试样加热温度范围为900~1040℃。

优选地，近等温锻压缩实验中上下砧板的加热温度为900℃。

优选地，近等温压缩后的双锥试样纵截面内的锻造热力参数由有限元数值模拟计算确定。

优选地，有限元模拟主要边界条件包括：试样或上下砧板与空气的换热系数，试样与上下砧板的换热系数，试样与上下砧板的摩擦系数。

优选地，有限元模拟主要边界条件设定为：试样或上下砧板与空气的换热系数为20（                                                ）；试样与上下砧板的换热系数为2000（）；试样与上下砧板的摩擦系数为0.2。

本发明提供一种采用亚尺寸试样进行近等温锻压缩实验方法，与单一热力参数组合的小试样等温恒应变速率压缩实验相比，其微观组织测试结果更接近实际生产情况，且可通过单次压缩实验获得多热力参数组合条件下的实验数据；基于此，本发明提供基于亚尺寸双锥压缩实验的GH4169合金锻件晶粒度与锻造热力参数关系的建立方法，所得结果能够准确、直接地预测GH4169合金锻件晶粒度。

附图说明

图1为GH4169合金双锥试样结构示意图。

图2为GH4169合金双锥试样微观组织图。

图3为GH4169合金双锥试样压缩后的示意图。

图4为GH4169合金双锥试样压缩后横截面内温度和等效应变的分布云图。

图5为GH4169合金双锥试样压缩后，加热温度为990℃时得到的试样典型部位的微观组织图。

图6为GH4169合金晶粒度与锻造热力参数之间关系的等值线图。

图7为锻件内锻造热力参数分布的云图。

图8为GH4169合金五级盘件待分析预测各点位置示意图。

图9为GH4169合金五级盘锻件待测各点的晶粒度。

具体实施方式

本发明GH4169合金锻件晶粒度与锻造热力参数关系的建立方法，包括以下步骤

第一步，GH4169合金双锥试样压缩实验

采用附图1所示的GH4169合金双锥试样在螺旋压力机的上下砧板之间，进行近等温锻压缩实验，GH4169合金双锥试样原始晶粒度为5级，参见附图2。实验主要参数包括：上下砧板加热温度为900℃；GH4169合金双锥试样加热温度为930℃、960℃、990℃、1010℃和1040℃；GH4169合金双锥试样最大变形程度为60%；变形结束后，将试样迅速置于水槽进行水冷处理，附图3为压缩后圆饼的示意图。

第二步，GH4169合金双锥试样压缩实验过程有限元模拟

对GH4169合金双锥压缩实验过程进行有限元模拟，主要边界条件包括：GH4169合金双锥试样或砧板与空气的换热系数（）：20；GH4169合金双锥试样与上下砧板的换热系数（）：2000；GH4169合金双锥试样与上下砧板的摩擦系数：0.2。附图4给出了模拟得到的GH4169合金双锥试样横截面内温度和等效应变的分布云图，图中，对称轴左侧为温度的分布云图，对称轴右侧为等效应变的分布云图。

第三步，测定GH4169合金双锥试样压缩后典型部位的晶粒度

压缩后获得的圆饼GH4169合金双锥试样沿子午面剖开，于每个试样横截面中心部位由边缘至中心选取7个典型部位进行组织观察，附图5给出了试样加热温度为990℃时得到的试样典型部位的微观组织，并按GB/T 6394-2002规定的金属平均晶粒度测定方法，测定典型部位的晶粒度。

第四步，统计GH4169合金双锥试样典型部位的锻造热力参数

由第二步得到的有限元计算结果，获得第三步中典型部位的锻造热力参数主要包括温度和等效应变数据。

第五步，绘制晶粒度与锻造热力参数关系的等值线图

由第三步和第四步得到的晶粒度和锻造热力参数，该锻造热力参数包括温度和等效应变数据，绘制晶粒度与锻造热力参数之间关系的等值线图，附图6。

晶粒度与锻造热力参数关系验证

对GH4169合金五级盘锻件实际生产过程进行有限元数值模拟，有限元模型的主要边界条件包括：锻件或上下模具与空气的换热系数（）：20；锻件与上下模具的换热系数（）：2000；锻件与上下模具的摩擦系数：0.2。附图7给出了锻件内锻造热力参数分布的云图。

将实际生产锻件典型部位，如附图8所示，晶粒度测定结果参见下表，

取样点编号P1P2P3P4P5P6P7等效应变0.570.630.770.671.511.960.77温度99099010101000101010291010

模拟获得的锻造热力参数结果，参见下表，

取样点编号P1P2P3P4P5P6P7晶粒度88991079

将此结果与第五步得到的结果进行对比验证，结果见附图9。