GH2909合金径向锻造工艺优化研究

GH2909（GH909）合金属于新型的低膨胀高温合金，该合金在650℃以下具有低的热膨胀系数、高强度、高冷热疲劳抗力和恒定弹性模量。主要应用于制作涡轮发动机环形零部件，如高压压气机后机匣、承力环、隔热环、燃烧室封严环、蜂窝座和涡轮外环、火箭发动机推力燃烧室、排气导管和集流箱等。另外还推广应用到制作枪管、炮用部件、玻璃-金属封接材料、量具、模具和高压氢气环境用构件等。

GH2909合金常规生产工艺为：20MN快锻开坯+3t电液锤成材或是20MN快锻机成材，产品性能检测往往出现质量波动大，甚至不合格。随着某公司18MN径向锻造机的广泛应用，其独特的金属变形特性和优良的产品质量也被人们所了解和接受，因而有必要将径向锻造工艺引入到GH2909合金的生产中。

实验采用Φ508mm真空自耗钢锭，经车光扒皮后钢锭直径为Φ480mm，最终生产Φ190mm棒材。实验工艺为“45MN快锻机开坯+18MN径锻机成材”组合的方式，在原有快锻机开坯工艺的基础上增加镦拔次数，加热温度仍采取从1100℃至1000℃逐级降温锻造的方式，末火加热温度1000℃，精确控制开坯各火次的变形量，以保证锻坯得到均匀、细小的晶粒组织。经计算与分析，留取30%～50%的总径向锻造变形量，径向锻造一火锻至成品尺寸。径向锻造加热温度：980～1050℃，保温一定时间。锻坯尺寸为八角270mm，经过5道次锻至Φ190mm，各道次变形量设置依次为：5%、7.5%、25.6%、21.5%、5%，控制变形过程中锻造温度在910～980℃范围内，锻后空冷。

实验中径向锻造优化工艺选用5%、7.5%、25.6%、21.5%和5%的道次变形量分配，其作用在于：（1）坯料从出炉到开始锻造的转运过程中，表面温度会损失80℃～150℃，导致坯料表面温度降低，此时如进行大变形量锻造，表层晶粒的动态再结晶不充分，容易产生表层拉长晶。随着变形的进行，坯料表面温度没有及时提升，而心部的形变热不断积聚，心部温度升高，内外温差进一步增大，极容易造成心部局部粗晶，表层存在大量拉长晶，导致同截面内晶粒不均匀，会严重影响产品的综合性能。因而，优化后的径向锻造工艺是先设置5%和7.5%两道次小变形量，加之快速送进，可以快速提升坯料表层温度，缩小坯料内外温差，为组织均匀创造条件。（2）第三、四道次采取25.6%和21.5%的大变形量，可以最大限度增加锻透深度，以保证坯料同截面各部分充分变形，获得均匀细小的晶粒组织。（3）最后一道次采用5%小变形量，可以进一步缩小坯料内外温差，更重要的是控制和改善锻材表面质量，提升经济效益。

试验结果表明，45MN快锻开坯+18MN径向锻造机成材的组合方式完全可以生产合格的GH2909合金棒材，且产品质量更稳定，力学性能更均匀，晶粒度更细小。