GH696合金锻造工艺参数优化方法

摘要

本发明公开了一种GH696合金锻造工艺参数优化方法，用于解决现有方法优化GH696合金锻造工艺参数范围窄的技术问题。技术方案是基于热模拟压缩试验获得的流动应力和应变数据，计算能量耗散率率η值和塑性流动失稳参数

说明书

技术领域

本发明属于高温合金锻造成形领域，特别涉及一种GH696合金锻造工艺参数优化 方法。

背景技术

GH696合金是一种以Fe-Ni-Cr为基的时效硬化型高温合金，在高温下具有较高的 屈服、持久、蠕变强度以及良好的抗氧化、抗腐蚀、抗疲劳等综合性能，常用于制造 航空发动机涡轮盘、涡轮外环、压气机转子叶片等关键构件。但是，GH696合金的合 金化复杂，导热性差，工艺塑性低，在锻造成形时变形抗力大，锻造温度区间窄，成 形困难。如果锻造工艺参数选择和控制不当，锻件内部容易形成锻造裂纹、晶粒度不 均匀等缺陷，无法满足使用要求。优化并选择合理的锻造工艺参数是获得满足要求的 GH696锻件的前提。

“蔡大勇.GH169及GH969高温合金热加工工艺基础研究.秦皇岛:燕山大学博士 学位论文,2003”公开了一种GH696合金热塑性变形工艺参数的选择方法，该方法基 于热模拟压缩试验获得的流动应力应变数据，计算了能量耗散率，绘制了不同变形温 度和应变速率下GH696合金的能量耗散率等值线图，获得了能量耗散率最大值对应的 变形工艺参数。该方法仅以能量耗散率最大为判定条件，优选出某一最佳变形工艺参 数，优选的锻造工艺参数十分局限，未能优化出GH696合金锻造成形时合理的变形工 艺参数范围。

发明内容

为了克服现有方法优化GH696合金锻造工艺参数范围窄的不足，本发明提供一种 GH696合金锻造工艺参数优化方法。该方法基于热模拟压缩试验获得的流动应力和应 变数据，计算能量耗散率率η值和塑性流动失稳参数值；分别建立能量耗散率曲 线图和塑性流动失稳参数曲线图，并将二者叠加构建热加工图，确定最大能量耗散率 η₁和区域对应的最大能量耗散率η₂，以η₂<η≤η₁作为判定依据，优化GH696 合金锻造工艺参数；检验锻造后的微观组织。本发明方法通过引入塑性流动失稳参数， 以η₂<η≤η₁作为判定依据，可以优化出GH696合金合理的锻造工艺参数范围，适用范 围更加广泛。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种GH696合金锻造工艺参数优化方 法，其特点是包括以下步骤：

(a)在变形温度范围为880℃～1120℃，应变速率范围为0.01s^-1～10s^-1的变形条 件下，分别对GH696合金进行热模拟压缩试验，得到GH696合金高温塑性变形时的 流动应力σ和应变ε数据；

(b)根据步骤(a)获得的流动应力和应变数据，分别计算每一个变形温度和应 变速率下的应变速率敏感性指数m值，再计算能量耗散率η值和塑性流动失稳参数 值；

(c)将步骤(b)中得到的能量耗散率η值和塑性流动失稳参数值作为变形 温度和应变速率的函数分别绘制出能量耗散率曲线图和塑性流动失稳参数曲线图；

(d)将步骤(c)获得的两个曲线图叠加，构建出GH696合金高温变形时的热加 工图；

(e)根据步骤(d)建立的热加工图，确定全部变形工艺参数下GH696合金高温 塑性变形时最大能量耗散率值η₁以及塑性流动失稳参数区域所对应的最大能 量耗散率值η₂，以η₂<η≤η₁作为判定依据，其所对应的工艺参数为优化后的GH696合 金锻造变形工艺参数范围；

(f)根据步骤(e)优化后的工艺参数，对GH696合金进行锻造，检测锻造后的 微观组织是否满足要求。

本发明的有益效果是：该方法基于热模拟压缩试验获得的流动应力和应变数据， 计算能量耗散率率η值和塑性流动失稳参数值；分别建立能量耗散率曲线图和塑 性流动失稳参数曲线图，并将二者叠加构建热加工图，确定最大能量耗散率η₁和 区域对应的最大能量耗散率η₂，以η₂<η≤η₁作为判定依据，优化GH696合金锻 造工艺参数；检验锻造后的微观组织。本发明方法通过引入塑性流动失稳参数，以 η₂<η≤η₁作为判定依据，可以优化出GH696合金合理的锻造工艺参数范围，适用范围 更加广泛。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明方法应变为0.65时的能量耗散率曲线图。

图2是本发明方法应变为0.65时的塑性流动失稳参数曲线图。

图3是本发明方法应变为0.65时的热加工图，阴影部分为塑性流动失稳参数小于0 的区域，虚线为该区域对应的最大能量耗散率。

图4是在变形温度为1060℃，应变速率为0.01s^-1，最大应变量为0.65条件下锻造后 的GH696合金微观组织照片。

图5是在变形温度为1090℃，应变速率为0.01s^-1，最大应变量为0.65条件下锻 造后的GH696合金微观组织照片。

具体实施方式

参照图1-5。本发明GH696合金锻造工艺参数优化方法具体步骤如下：

选择变形温度为880℃、910℃、940℃、970℃、1000℃、1030℃、1060℃、1090℃、 1120℃，应变速率为0.01s^-1、0.1s^-1、1.0s^-1、10s^-1，分别对GH696合金圆柱体试样 进行热模拟压缩试验，最大变形程度为50％，得到GH696合金高温塑性变形时的流动 应力σ和应变ε数据。

选择应变为0.65时的流动应力σ和应变ε数据，计算不同变形温度和应变速率下的 应变速率敏感性指数m值，再分别计算能量耗散率η值和塑性流动失稳参数值；然 后绘制GH696合金应变为0.65时的能量耗散率曲线图(图1)和塑性流动失稳参数曲线 图(图2)；将能量耗散率曲线图(图1)和塑性流动失稳参数曲线图(图2)进行叠加， 得到GH696合金应变为0.65时的热加工图(图3)。图3中能量耗散率的最大值为0.53， 阴影部分所对应的能量耗散率最大值为0.31。因而，应变为0.65时，优化GH696合金锻 造工艺参数的依据为0.31<η≤0.53，其所对应的变形工艺参数范围如表1所示。

表1应变为0.65时GH696合金合理的锻造工艺参数

变形温度/℃ 应变速率/s^-1880 0.01～0.02 910 0.01～0.03 940 0.01～0.06 970 0.01～0.13 1000 0.01～0.36 1030 0.01～0.71 1060 0.01～0.86 1090 0.01～1.35 1120 0.01～2.18

应变速率为0.01s^-1，最大应变量为0.65时，分别在锻造温度为1060℃和1090℃ 条件下对GH696合金进行锻造，然后检测锻造后的微观组织(图4和图5)。图4和 图5中的微观组织中的晶粒尺寸分布较均匀，无微观缺陷，满足锻造组织要求。

(a)在变形温度范围为880℃～1120℃，应变速率范围为0.01s^-1～10s^-1的变形条 件下，分别对GH696合金进行热模拟压缩试验，得到GH696合金高温塑性变形时的 流动应力σ和应变ε数据；

(b)根据步骤(a)获得的流动应力和应变数据，分别计算每一个变形温度和应 变速率下的应变速率敏感性指数m值，再计算能量耗散率η值和塑性流动失稳参数 值；

(c)将步骤(b)中得到的能量耗散率η值和塑性流动失稳参数值作为变形 温度和应变速率的函数分别绘制出能量耗散率曲线图和塑性流动失稳参数曲线图；

(d)将步骤(c)获得的两个曲线图叠加，构建出GH696合金高温变形时的热加 工图；

(e)根据步骤(d)建立的热加工图，确定全部变形工艺参数下GH696合金高温 塑性变形时最大能量耗散率值η₁以及塑性流动失稳参数区域所对应的最大能 量耗散率值η₂，以η₂<η≤η₁作为判定依据，其所对应的工艺参数为优化后的GH696合 金锻造变形工艺参数范围；

(f)根据步骤(e)优化后的工艺参数，对GH696合金进行锻造，检测锻造后的 微观组织是否满足要求。