GH4169拉杆锻件成形工艺分析

刘　智　岳太文　刘旭辉

(1.无锡派克重型铸锻有限责任公司，江苏214161；2.成都航空职业技术学院航空制造工程系，四川610100；3.成都航空职业技术学院航空维修工程系，四川610100)



GH4169拉杆锻件成形工艺分析

刘智1岳太文2刘旭辉3

(1.无锡派克重型铸锻有限责任公司，江苏214161；2.成都航空职业技术学院航空制造工程系，四川610100；3.成都航空职业技术学院航空维修工程系，四川610100)

针对GH4169拉杆锻件的技术指标要求，对锻件的成形工艺方案进行分析，结合生产实际，制定了合理的锻造工艺方案，总结了一套专门的工艺制造路线，生产出了符合技术要求的拉杆锻件。

GH4169；拉杆；锻造工艺

GH4169合金是一种广泛用于航空发动机零件的时效硬化型合金，该合金的成分与美国Inconel718相近，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[1-3]。该合金的另一特点是合金组织和性能对热加工工艺非常敏感，若加工过程控制不当会产生粗晶、混晶等现象，影响合金产品的疲劳性能、持久性能、缺口敏感性和冲击韧度[4]。掌握合金中相析出和溶解规律及组织与工艺、性能间的相互关系，可针对不同的使用要求制定合理、可行的工艺规程，就能获得可满足不同强度级别和使用要求的各种零件[5]。我公司承担了GH4169合金拉杆锻件的试制工作，成功实现了该合金拉杆锻件的国产化，总结了一套专门的工艺制造路线，可完全满足后期批量化生产。

1　锻件主要技术指标要求

试制锻件的原材料为美国CARPENTER公司提供的轧制棒材，尺寸规格为∅150mm，锻件直径为∅95mm。

(1)组织要求。低倍组织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。从锻件试验件不同位置上切取试样测定晶粒度，平均晶粒度应为7级或更细。

(2)力学性能。锻件的力学性能要求见表1。

2　锻件的成形工艺方案分析

2.1锻件原材料

锻件原材料采用真空感应+真空自耗方法熔炼，炉号为W68849，原材料的化学成分见表2。原材料低倍组织检查无目视冶金缺陷，原材料棒材中心晶粒度为3级，1/2R处晶粒度为3级，圆周处晶粒度为7级。

表1　拉杆的力学性能要求和检测结果Table 1　The mechanical property requirements and tested results of tie rod

表2　原材料的化学成分(质量分数，%)Table 2　Chemical composition of raw material (mass fraction, %)

2.2锻造工艺

由于拉杆锻件尺寸较大，必须选用合适的锻造工艺参数才能生产出符合技术要求的锻件。一般情况下，合金的锻造温度越高，晶粒尺寸越大，反之，晶粒尺寸越小。当锻造加热温度一定时，变形量越大则晶粒尺寸越小，反之晶粒越大。因此，锻造温度和变形量的合理控制是获得GH4169 合金细晶强化合金材料的关键工艺[6]。GH4169合金锻造加热温度为1 000～1 050℃时，锻件晶粒度可控制在技术条件要求的范围内。合金的锻造火次与变形量的分配对合金晶粒度影响较大，材料一火次变形量对合金晶粒度影响较大。一般不宜采用较小变形量，因为过小变形量会导致锻件局部晶粒长大现象，二火次锻造后可以获得较细的组织[7]。本次试制采用我公司10.5MN快锻机锻造，锻造加热温度为1 020±10℃，二火次锻造。具体方法是：从∅150mm×1 000mm拔长至100mm×100mm×1 770mm，以较大的一火次变形量获得较细的均匀组织，然后锻件四角倒棱回炉1 020℃保温50min，出炉锻造拔长至∅95mm×2 500mm，总体变形量为60%，可以获得满足技术要求的组织。

2.3拉杆锻件的热处理工艺

GH4169合金的主要强化相为γ′′和γ′相，且其数量、分布与采用的热处理制度密切相关，并对合金的力学及持久蠕变性能具有非常重要的影响。我公司采用的热处理工艺路线如图1和图2。其中，固溶处理主要控制析出相的溶解，时效处理第1 阶段(720℃)主要控制γ′′相的成核点数量，第2 阶段(620℃)主要控制γ′′相的长大速度，许多资料认为采用此种热处理制度能获得良好的综合力学性能[8]。

3　拉杆锻件的理化检测结果

根据生产试制情况，我们对试制的锻件在锻件一端头切取200mm长试样进行了理化测试，检测结果如下：

(1)低倍组织正常，未见冶金缺陷。

图1　固溶加热曲线Figure 1　Solid solution heat treatment curve

图2　时效加热曲线Figure 2　Aging heat treatment curve

图3　高倍组织取样图Figure 3　Sampling sketch for microstructure

图4　锻件晶粒度照片Figure 4　Photograph of grain size of forging

(2)取样位置见图3。锻件晶粒度照片见图4。按金属平均晶粒度测试方法，检测拉杆锻件的晶粒度为7级，满足标准要求。

(3)拉杆锻件的力学性能检测结果见表1，符合标准要求。

4　结论

通过对GH4169拉杆锻件的成形工艺进行分析，确定了生产工艺并进行了试制。锻件的理化检测结果表明，所制定的成形工艺方案是可行的，GH4169拉杆完全可以国产，并满足某型燃机的相关要求。我公司在国产化试制过程中，总结了一套专门的工艺制造路线，能够生产出满足力学性能和金相组织要求的锻件。

[1]师昌绪，李恒德，周廉．材料科学与工程手册(上卷)[M]．北京：化学工业出版社，2004．

[2]ElihuFB.SuperAlloys：ATechnicalGuide[M]．Ohio：ASMInternational，1988．

[3]吴泽，姚泽坤，郭鸿镇，等. 700～800℃温度下GH4169合金的组织演化和力学性能研究[J].锻压技术，2007，32(2)：90-93.

[4]罗鸿飞，刘有云，宋健，等.GH4169超大型异型环轧件制造工艺研究[J].航空制造技术，2014，(7)：49-52.

[5]孔永华，胡华斌，李龙，等.GH4169 合金不同锻造工艺的组织与性能[J].稀有金属材料与工程，2011，40(2)：225-228.

[6]王春光，王东哲，万红，等.锻造及热处理工艺对GH4169 合金组织与性能的影响[J].锻压技术，2014，39(12)：15-18.

[7]岳太文，姚泽坤，郭鸿镇，等.多火次热模锻造GH4133A合金晶粒度与组织变化[J].锻压技术，2008，33(2)：15-18.

[8]田速贵，王欣，刘臣，等.热处理制度对GH4169G合金微观组织与蠕变性能的影响[J].中国有色金属学报，2013，23(1)：108-115.

编辑杜青泉

FormingProcessAnalysisofGH4169TieRodForging

LiuZhi,YueTaiwen,LiuXuhui

TheformingprocessofGH4169tierodforginghasbeenanalyzedaccordingtothetechnicalrequirements.Bycombiningwiththeactualproduction,thereasonableforgingprocesshasbeenprepared.Meanwhile,aseriesofspecializedmanufactureprocedurehasbeensummarized,andthetierodforgingwhichmeetsthetechnicalrequirementshasbeenmanufactured.

GH4169;tierod;forgingprocess

2016—04—08

刘智(1982—)，男，工程师，主要研究方向：难变形材料锻造成形工艺。电话：13915338659，E-mail：liuzhiccc@163.com

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