GH4169涡轮盘锻件的成形工艺分析

胡维贤

(陕西宏远航空锻造有限责任公司， 陕西713801)

GH4169高温合金在-253～700℃的温度范围内具有良好的综合性能，在高温氧化和燃气腐蚀条件下，能够承受复杂应力，并长期可靠的工作。该合金可广泛应用于制造航空和航天发动机中的各种静止件和转动件，如涡轮盘件、环件、机匣、叶片和紧固件等，以及核能工业应用的各种弹性元件和格架，石油、化工领域应用的零件和其他零件等。

1 涡轮盘锻件的形状尺寸及主要技术指标要求

1.1 涡轮盘锻件的形状尺寸要求

如图1所示，本文选取一典型涡轮盘锻件作为研究对象，锻件的最大外形尺寸为∅630 mm×140 mm。

图1 涡轮盘锻件简图Figure 1 The schematic drawing of turbine disk forging

1.2 涡轮盘锻件的主要技术指标要求

(1)低倍：从锻件上切取的纵向低倍试样，不

应有目视可见的疏松、针孔、裂纹、缩孔、偏析、夹杂等冶金缺陷。

(2)高倍：从锻件试验件上切取试样测定晶粒度，平均晶粒度应为10级或更细。

(3)力学性能：涡轮盘锻件的力学性能主要技术指标要求见表1。

2 锻造成形工艺方案分析

2.1 涡轮盘的组织和性能要求分析

从上述涡轮盘的形状尺寸及主要技术指标要求可以看出，该锻件属于大型涡轮盘锻件，锻件的晶粒度要求细小，且性能要求高。由于高温合金的晶粒大小和力学性能对锻造条件的变化极其敏感，因而锻件的生产技术方案和过程控制难度较大。GH4169高温合金的使用性能与晶粒大小及均匀性关系密切，而涡轮盘锻件则要求具有较细小且均匀的晶粒，这样有利于提高疲劳性能。若晶粒粗大，特别是晶粒的大小不均匀，将使合金的疲劳和持久性能均明显下降，并且使缺口持久性能更加敏感。因而为获得适当的晶粒尺寸，主要靠严格控制锻造工艺来达到要求。其次，锻件用原材料的平均晶粒度应为4级以上，在锻造前应加强原材料质量检验，不合格材料不应投入生产。另外，在热处理制度方面，应采用直接时效热处理制度对涡轮盘锻件进行热处理，以使得锻件具有较高的强度。

2.2 涡轮盘锻件的成形工艺分析

表1 涡轮盘的力学性能主要技术指标要求Table 1 The main mechanical properties requirements of turbine disk

表2 涡轮盘锻件的力学性能检测结果Table 2 The mechanical properties test results of turbine disk forging

由于该锻件的外形尺寸较大，为保证锻件的组织和性能满足标准要求，必须确定合适的锻造工艺参数。坯料的锻造加热温度不易过高，应选择在970～1 020℃范围。预制坯尺寸要给最终模锻成形留有足够大的变形程度，选定坯料的高度尺寸为155 mm。适当增加饼坯高度，可增大锻件的变形量，有效改善锻件的组织状况，达到晶粒细化的目的。

3 锻造成形模拟分析

利用计算机软件对锻造成形进行模拟，锻件的最终成形如图2所示。从模拟图可以看出，锻件完全充满，成形情况良好。

4 涡轮盘锻件的理化检测结果

根据生产试制情况，我们对试制的涡轮盘锻件解剖了1件进行理化测试，检测结果如下：

(1)低倍组织正常，未见冶金缺陷。

(2)按金属平均晶粒度测定方法，检测涡轮盘锻件的晶粒度为10级，如图3所示。

(3)涡轮盘锻件的力学性能检测结果见表2。

图2 锻造成形模拟图Figure 2 The simulation drawing of forging forming

图3 涡轮盘晶粒度(×100)Figure 3 The grain size of turbine disk(×100)

5 结论

通过对GH4169涡轮盘锻件的成形工艺进行分析和计算机模拟，确定了生产工艺并进行了试制。锻件的理化检测结果表明，所制定的锻造成形工艺方案是可行的，能够生产出满足力学性能和金相组织要求的锻件。

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