一种循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法

摘要

本发明提供了一种循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法。该方法包括如下步骤：(1)将GH4169合金锻坯进行预处理，预处理工艺为：将锻坯加热至900℃～940℃保温，保温时间为10小时～14小时；(2)将经过预处理后的GH4169合金锻坯加热至变形温度980℃～1010℃，保温至锻坯温度均匀后，进行多次循环加载与卸载变形，循环加载与卸载变形工艺为：锻坯的变形速率为0.001s

说明书

技术领域：

本发明属于锻造技术领域，涉及一种循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法。

背景技术：

GH4169合金一种以γ″相(Ni₃Nb)和γ′相(Ni₃AlTi)为强化相的镍基高温合金。由于GH4169合金通常 在-253～700℃温度范围内具有良好的综合性能，特别是在650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位， 且具有良好的抗疲劳、抗蠕变、抗氧化、耐腐蚀性能，以及良好的加工性能。因此，GH4169合金广泛应 用于制造各种形状复杂、性能要求特别高的航空、航天零部件。

获得均匀细小的GH4169合金组织，是锻造等热加工工艺必须实现的关键目标。在锻造等热变形过程 中，动态再结晶机制是晶粒组织细化的最重要的途径。然而，研究表明，GH4169合金发生完全的动态再 结晶需要足够大的变形量，当变形量较小时，不完全的动态再结晶会导致混晶的出现，将严重影响材料的 力学性能。然而，由于模锻过程中摩擦等不确定因素导致材料变形不均匀，难以保证各部位的应变均超过 动态再结晶完全发生所需的最小应变，小变形区将存在混晶现象。因此，急需发明一种新方法，利用该方 法能降低GH4169合金发生完全动态再结晶所需的应变，从而使得锻件小变形区也能发生完全的动态再结 晶，达到细化晶粒的目的。

2007年8月22日公开的中国发明专利说明书CN101020949A(申请号：200710077668.6)公开了一种 GH4169合金等温锻造用细晶的制坯方法，所述的GH4169合金等温锻造用细晶的制坯方法与本发明方法 不同，该方法需要进行两次镦粗和拔长，最终再进行一次辗轧变形达到细化晶粒的目的，其原理是采用反 复大变形细化晶粒。该工艺相当复杂，工序较多，加工成本较高。因此，急需提出一种能通过较小的变形 量即可细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法，该方法可以 有效地降低GH4169合金发生完全动态再结晶所需的应变，解决了现有细化GH4169合金锻件晶粒组织的 方法需要大变形的难题。

本发明解决上述难题的方案是：

步骤1：将GH4169合金锻坯进行预处理，预处理工艺为：将锻坯加热至900℃～940℃保温，保温时 间为10小时～14小时；

步骤2：将经过预处理后的GH4169合金锻坯加热至变形温度980℃～1010℃，保温至锻坯温度均匀 后，进行多次循环加载与卸载变形，循环加载与卸载变形工艺为：锻坯的变形速率为0.001s^-1～0.005s^-1， 变形量每隔5％～10％进行一次卸载和重加载，每次卸载时间为10s～15s，锻坯的总变形量为45％～70％；

步骤3：变形结束后，立即对锻件淬火。

本发明的有益效果为：该方法充分利用了应变速率对GH4169合金动态再结晶的影响规律，采用多次 循环加载与卸载变形，加速了动态再结晶发生速率，降低了GH4169合金发生完全动态再结晶所需的应变， 从而减小了GH4169合金锻件晶粒细化所需的变形量，为采用较小的变形量细化了GH4169合金锻件晶粒 提供了方法。

附图说明：

图1GH4169合金锻坯的原始晶粒组织

图2GH4169合金锻坯经过预处理之后的组织；

图3实施例1的锻造工艺示意图：(a)为温度-时间曲线；(b)为载荷-时间曲线；(c)为一个循环 加载过程的载荷-时间曲线；(d)为载荷-应变曲线；

图4实施例1工艺获得的GH4169合金锻件的晶粒组织；

图5实施例1对比实验载荷-时间曲线；

图6实施例1对比实验获得的GH4169合金锻件的晶粒组织；

图7实施例2的锻造工艺示意图：(a)为温度-时间曲线；(b)为载荷-时间曲线；(c)为一个循环加 载过程的载荷-时间曲线；(d)为载荷-应变曲线；

图8实施例2工艺获得的GH4169合金锻件的晶粒组织。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种采用多次循环加载与卸载变形细化GH4169合金锻件晶粒组织的方法，下面所有实施例中 选用的GH4169合金成分如表1，该合金的原始组织为固溶态，其固溶工艺为在固溶温度1040℃，保温 40分钟，原始晶粒组织如图1所示，初始晶粒尺寸为75μm，需要在锻造变形过程中细化晶粒。

表1 本发明实例中所用材料的GH4169合金成分(wt.％)

实施例1

步骤1：将GH4169合金锻坯进行预处理，预处理工艺为：将锻坯加热至900℃保温，保温时间为12 小时，然后淬火。经预处理之后的GH4169合金锻坯组织如图2所示，初始晶粒主要为75μm的等轴晶。

步骤2：将经过预处理后的GH4169合金锻坯加热至变形温度980℃，保温至锻坯温度均匀后，进行 多次循环加载与卸载变形，循环加载与卸载变形工艺为：锻坯的变形速率为0.001s^-1，变形量每隔5％～10％ 进行一次卸载和重加载，每次卸载时间为10s，锻坯的总变形量为50％。

步骤2中，GH4169合金锻坯的加热工艺如图3(a)所示；锻坯首先以10℃/s升温速度加热至980℃， 然后保温300s，待锻坯温度分布均匀后进行多次循环加载与卸载变形，在多次循环加载与卸载变形过程中， 锻坯温度保持980℃不变；GH4169合金锻坯的多次循环加载与卸载变形工艺如图3(b)所示，锻坯温度均 匀后，开始进行变形，实施例1中总共进行了9次循环加载与卸载变形，每次卸载时间为10s(如图3(c) 所示)，卸载结束后，立即重新加载；每次卸载的变形量间隔如图3(d)所示，锻坯的总变形量为50％，对 应图3(d)中真应变为0.7。

步骤3：变形结束后，立即对锻坯淬火。

对GH4169合金锻件进行金相观察，结果如图4所示。对比图4和图1可知，本发明的方法可以在锻 坯的总变形量为50％时实现细化晶粒的目的。为了证明本发明方法的优越性，进行了对比实验，对比实验 所选用的变形温度、应变速率和锻坯的总变形量与本发明实施例1相同，区别在于对比实验未进行循环加 载与卸载变形，而是以恒应变速率变形至结束，其载荷-时间曲线如图5所示。对比实验获得的GH4169 合金最终组织如图6所示。由图6可知，未采用本发明方法时，同样的总变形量，GH4169合金动态再结 晶程度很小，且存在混晶组织，未达到细化晶粒的目的。因此，对比实验证明了本发明提出的方法具有优 越性。

实施例2

步骤1：将GH4169合金锻坯进行预处理，预处理工艺为：将锻坯加热至900℃保温，保温时间为12 小时，然后淬火。经预处理之后的GH4169合金锻坯组织如图2所示，初始晶粒主要为75μm的等轴晶。

步骤2：将经过预处理后的GH4169合金锻坯加热至变形温度1010℃，保温至锻坯温度均匀后，进行 多次循环加载与卸载变形，循环加载与卸载变形工艺为：锻坯的变形速率为0.001s^-1，变形量每隔5％～10％ 进行一次卸载和重加载，每次卸载时间为10s，锻坯的总变形量为50％。

步骤2中，GH4169合金锻坯的加热工艺如图7(a)所示；锻坯首先以10℃/s升温速度加热至1010℃， 然后保温300s，待锻坯温度分布均匀后进行多次循环加载与卸载变形，在多次循环加载与卸载变形过程中， 锻坯温度保持980℃不变；GH4169合金锻坯的多次循环加载与卸载变形工艺如图7(b)所示，锻坯温度均 匀后，开始进行变形，实施例1中总共进行了9次循环加载与卸载变形，每次卸载时间为10s(如图7(c) 所示)，卸载结束后，立即重新加载；每次卸载时的变形量间隔如图7(d)所示，锻坯的总变形量为50％， 对应图7(d)中真应变为0.7。

步骤3：变形结束后，立即对锻件淬火。

对GH4169合金锻件进行金相观察，结果如图8所示。对比图8和图1可知，本发明的方法可以在锻 坯的总变形量为50％时实现细化晶粒的目的。