INCO718 盘类件高倍混晶问题的分析及解决

文/张莹·陕西宏远航空锻造有限责任公司

混晶缺陷是高温合金常见的缺陷之一，会降低锻件的强度。我公司生产的某高温合金盘类锻件(图1)，下料规格为φ200mm×155mm，材料为INCO718，重量40kg，连续3 批出现高倍混晶问题，严重影响交付周期，引起客户抱怨。本文主要研究INCO718 盘类锻件生产过程中解决混晶问题的措施。

图1 锻件

问题描述

该锻件产品连续3 批理化检测时发现高倍不合格，3 个高倍试样存在不同程度的混晶如图2 所示。高倍M1 晶粒度:双重，项链，40%5.5 级，60%9.5级；M2 晶粒度：双重，项链，40%的6 级，60%10 级；M3 晶粒度：双重，项链，40%的6.5 级，60%10 级。不能满足标准要求。

图2 3 个高倍试样存在的混晶

原因分析

产品生产过程如下：下料(φ200mm×155mm)→锻 荒[(1010±10) ℃×140min， 镦 粗 至φ278mm×(80±5)mm，镦粗速度8 ～15mm/s，终锻温度≥930 ℃，空冷] →机加定位台( 图3) →模锻[(1005±10)℃×75min，压制速度5mm/s，终锻温度≥930℃，空冷，模锻件(图4)]→热处理(固溶975℃×90min，散开空冷)→理化→机加→入库。

图3 荒坯图

图4 锻件图

对比3 个高倍试样位置(图5)及其晶粒度(图2)，可见越靠近盘件中心部位晶粒越粗。为了分析原因，对锻件模锻过程进行模拟(图6)，可见模锻过程中，锻件中心上下表面靠近模具部位存在变形死区，中心存在剧烈变形区，而试样M1 位于剧烈变形区且靠近变形死区；试样M2 位置靠近剧烈变形区，变形量为61%～80%，试样M3 变形量为52%～61%。分析原因，变形剧烈导致温升较大，晶粒较粗，而变形死区由于变形不足或无变形也会导致晶粒粗大。因此试样M1、M2、M3 混晶程度不同，试样M1 晶粒最粗大，试样M2、M3 次之。通过以上分析可知要想解决晶粒粗大不均匀问题，需要解决两个问题，第一减少变形死区及剧烈变形；第二降低变形剧烈区温度。

图5 锻件高倍取样位置

图6 模锻应变场

解决措施

为了解决变形剧烈温升较大和变形死区问题，采取措施如下。

⑴锻荒及模锻加热温度分别下调5℃，以便降低锻造时变形剧烈部位的温度。

⑵对模锻前荒坯进行优化。优化前荒坯为镦饼后一端面机加定位台(图3)。优化后荒坯(图7)为一端面设置定位台，另一端面设置成曲面，设置曲面目的是为了减少模锻过程中的变形死区及剧烈变形区；另外，为了避免机加定位台及曲面时浪费原材料，设计了闭式制坯胎模(图8)，制坯时直接采用闭式制坯胎模进行镦粗无需机加即可得到荒坯。模拟模锻过程(图9)，可见荒坯改进后，模锻时锻件变形较均匀，无变形死区及剧烈变形区。

图7 优化后荒坯图

图8 胎模

图9 模锻应变场

工艺优化后，进行了小批试制，试制过程均按新版工艺要求执行，且工艺、技术、质量人员全程跟产，最终产品合格交付。试制批高倍组织如图10 所示，M1 晶粒度：8.5 级；M2 晶粒度：8.5 级；M3 晶粒度：8.5 级。

图10 试制批高倍组织

新的工艺方案，制坯采用胎模锻造，有效地减少模锻过程中的变形死区及剧烈变形区，使变形更加均匀；另外，不需进行机加定位工序，在节约材料的同时也节省了时间。最终有效解决了锻件高倍混晶问题，满足了客户要求。

结论

⑴锻件中心部位靠近模具上下表面位置变形量较小，晶粒较粗；锻件变形量较大的部位，模锻过程温升大导致晶粒较粗；可见，变形量的大小直接影响晶粒度。

⑵适当的降低锻造温度，对晶粒有一定的细化作用。