本發明屬于鎳基高溫合金技術領域，具體涉及一種高鈮GH4169合金棒材的制備方法。

背景技術：

GH4169合金是以體心立方的γ＇和面心立方的γ″相沉淀強化的鎳基高溫合金，在-253～700℃溫度范圍內具有良好的綜合力學性能，650℃以下的屈服強度居變形高溫合金的首位，并具有良好的抗疲勞、抗輻射、抗氧化、耐腐蝕性能，以及良好的加工性能。該合金用來制造各種形狀復雜的零部件，在宇航、石油和核能工業領域中獲得了極為廣泛的應用。

在航空領域中，GH4169主要用于制造航空發動機中650℃以下工作的各種盤件和葉片等轉動部件。為了保證高溫部件的可靠性，對冶金廠生產的GH4169棒材的冶金質量和組織均勻性提出了更高的要求。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種高鈮GH4169合金棒材的制備方法，以得到具有良好冶金質量和組織均勻性的GH4169合金棒材。

本發明所采用的技術方案是，一種高鈮GH4169合金棒材的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟1，開坯：

對GH4169合金鑄錠進行兩火次鐓拔鍛造，兩火次加熱溫度均在1100～1130℃，鍛造完成后坯料表面溫度大于950℃；

步驟2，一次中間鍛造：

將經步驟1鍛造的鍛坯在1050～1080℃加熱進行一火次多向鐓拔鍛造，鍛造完成后坯料表面溫度大于900℃；

步驟3，二次中間鍛造：

將經步驟2鍛造的鍛坯在1020～1050℃加熱進行兩火次拔長鍛造，鍛造完成后坯料表面溫度大于850℃；

步驟4，成品鍛造：

將經步驟3鍛造的鍛坯在980～1000℃加熱進行兩火次倒棱、摔圓鍛造，鍛造完成后坯料表面溫度大于850℃，即得到高鈮GH4169合金棒材。

本發明的特點還在于，

步驟1中鐓粗和拔長的變形量在20％～50％，每道次的變形量不小于25％且不大于50％，單錘壓下量小于60mm；。

步驟2中鐓粗和拔長的變形量在30％～60％，每道次的變形量在25％～50％，單錘壓下量小于80mm。

步驟3中拔長變形量控制在25％～50％，每道次的變形量不小于25％。

步驟4中每火次的變形量在10％～30％，每道次的變形量在10％～25％。

本發明的有益效果是，本發明提出的一種使用快鍛機生產Φ100～200mm規格GH4169高溫合金棒材的鍛造方法，通過在對變形火次的合理搭配、變形方式和變形速率的優化、及鍛造時的壓下量和送進量的合理配置，有效的提高了棒材的組織均勻性，使棒材的探傷水平達到1.2-12dB，同時減小了棒材的各向異性，成功突破了GH4169高溫合金棒材的各項性能要求及組織均勻性要求。

附圖說明

圖1是本發明實施例1制備的Φ200mm規格棒材的低倍組織圖；

圖2是本發明實施例1制備的Φ200mm規格棒材邊緣部高倍組織圖；

圖3是本發明實施例1制備的Φ200mm規格棒材1/2半徑部位高倍組織圖；

圖4是本發明實施例1制備的Φ200mm規格棒材心部高倍組織圖；

圖5是本發明實施例2制備的Φ150mm規格棒材的低倍組織圖；

圖6是本發明實施例2制備的Φ150mm規格棒材邊緣部高倍組織圖；

圖7是本發明實施例2制備的Φ150mm規格棒材1/2半徑部位高倍組織圖；

圖8是本發明實施例2制備的Φ150mm規格棒材心部高倍組織圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。

本發明一種高鈮GH4169合金棒材的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟1，開坯：

對GH4169合金鑄錠進行第1-2火次開坯鍛造，加熱溫度為1100～1130℃，在4500T快鍛機上鐓拔變形，鐓粗和拔長的變形量在20％～50％，每道次的變形量在25％～50％，單錘壓下量小于60mm；鍛造完成后坯料表面溫度大于950℃。

步驟2，一次中間鍛造：

將經步驟1鍛造的鍛坯在1050～1080℃加熱進行第3火次鍛造，在4500T快鍛機上的多向鐓拔鍛造，鐓粗和拔長的變形量在30％～60％，每道次的變形量不小于25％，單錘壓下量小于80mm，鍛造完成后坯料表面溫度大于900℃。

步驟3，二次中間鍛造：

將經步驟2鍛造的鍛坯在1020～1050℃加熱進行第4-5火次鍛造，在4500T快鍛機或1600T快鍛機上進行拔長，變形量控制在25％～50％，每道次的變形量不小于25％，鍛造完成后坯料表面溫度大于850℃。

步驟4，成品鍛造：

將經步驟3鍛造的鍛坯在980～1020℃加熱進行第6-7火次鍛造，在4500T快鍛機或1600T快鍛機上進行倒棱和摔圓，每火次的變形量在10％～30％，每道次的變形量不小于10％，不大于25％，每火次鍛造時間控制在6min以內，鍛造完成后坯料表面溫度大于850℃，即得到高鈮GH4169合金棒材。

自由鍛造過程中由于坯料表面降溫較快，同時坯料表面與錘砧摩擦引起變形死區，導致在最終棒材中形成邊部和心部組織晶粒度不均勻。本發明通過自由鍛中多向鐓拔結合快速鍛造的鍛造方式，進一步改善GH4169合金中不同部位的晶粒均勻化的效果。在自由鍛火次進行多循環的鍛造，阻止棒材表面溫度降低引起的δ相析出不均勻，同時防止心部產生過多的累計變形，影響物料的低倍組織狀態。

本發明通過在對鍛造火次的合理配置、變形方式和變形速率的優化、鍛造時的壓下量和送進量的合理設置，有效的細化晶粒、提高了棒材的組織均勻性，使棒材的探傷水平達到1.2-12dB以上，同時減小了棒材的各向異性，成功突破了GH4169高溫合金棒材的各項性能要求及組織均勻性要求。

實施例1

步驟1，開坯

使用4500T快鍛機對Ф500mm規格的鑄錠開坯鍛造，經過1火次鐓拔到520×520×L規格方坯，在1120℃加熱，保溫350分鐘。變形方式為第1火次一鐓一拔，鐓粗和拔長的變形量為20％～40％，每道次的變形量控制在25％～35％，單錘壓下量小于60mm，鍛造完成后坯料表面溫度大于950℃；鍛造完成后回爐，進行第2火次鍛造，加熱溫度和變形方式與第1火次相同，隨后準備進行下一火鍛造。

步驟2，一次中間鍛造

第3火次在4500T快鍛機上對520×520×L規格方坯進行鐓拔變形，加熱溫度為1080℃，變形方式為一鐓一拔，鐓粗和拔長的變形量為40％～60％，每道次的變形量控制在25％～35％，單錘壓下量小于80mm，鍛造完成后坯料表面溫度大于900℃。鍛完回爐補溫，進行下一火鍛造。

步驟3，二次中間鍛造

第4～5火次在4500T將520×520×L規格方坯拔長至200×200×L變形。加熱溫度為1030℃，每火次變形量控制為25％～40％，鍛造完成后坯料表面溫度大于850℃。鍛完回爐補溫，進行下一火鍛造。

步驟4，成品鍛造

第6～7火次在1600T快鍛機上對200×200×L方坯進行倒棱和摔圓，加熱溫度為1010℃，倒棱火次的變形量在10％～20％，倒棱后回爐補溫進行摔圓鍛造，摔圓變形量在10％～20％，鍛造過程中每道次的變形量在10％～25％，每火次鍛造時間控制在6min以內，鍛造完成后坯料表面溫度大于850℃。成品規格為Φ200mm棒材。

實施例2

步驟1，開坯

使用4500T快鍛機對Ф430mm規格的鑄錠開坯鍛造，在1100℃加熱保溫300分鐘，對鑄錠進行一鐓一拔到450×450×L規格方坯，變形量控制在30％～50％，每道次的變形量控制在30％～40％，鐓拔完成后回爐保溫，進行第2火鍛造，加熱溫度和變形方式與第1火次相同，鐓拔完成后回爐，準備進行下一火次。

步驟2，一次中間鍛造

第3火次在4500T快鍛機上對450×450×L規格方坯進行鐓拔變形，加熱溫度為1050℃，變形方式為一鐓一拔，鐓粗和拔長的變形量為30％～50％，每道次的變形量控制在25％～35％，單錘壓下量小于80mm，鍛造完成后坯料表面溫度大于900℃。鍛完回爐補溫，進行下一火鍛造。

步驟3，二次中間鍛造

第4～5火次在4500T將450×450×L規格方坯拔長至170×170×L變形。加熱溫度為1020℃，每火次變形量控制為30％～50％，每道次的變形量不小于25％，鍛造完成后坯料表面溫度大于850℃。鍛完回爐補溫，進行下一火鍛造。

步驟4，成型鍛造

第6～7火次在1600T快鍛機上對170×170×L方坯進行倒棱和摔圓，加熱溫度為980℃，倒棱火次的變形量在20％～30％，倒棱后回爐補溫進行摔圓鍛造，摔圓變形量在20％～30％，鍛造過程中每道次的變形量在10％～25％，每火次鍛造時間控制在6min以內，鍛造完成后坯料表面溫度大于850℃。成品規格為Φ150mm棒材。

實施例3

步驟1，開坯

使用4500T快鍛機對Ф430mm規格的鑄錠開坯鍛造，在1130℃加熱保溫300分鐘，對鑄錠進行一鐓一拔到450×450×L規格方坯，變形量控制在25％～35％，每道次的變形量控制在35％～50％，鐓拔完成后回爐保溫，進行第2火鍛造，加熱溫度和變形方式與第1火次相同，鐓拔完成后回爐，準備進行下一火次。

步驟2，一次中間鍛造

第3火次在4500T快鍛機上對450×450×L規格方坯進行鐓拔變形，加熱溫度為1070℃，變形方式為一鐓一拔，鐓粗和拔長的變形量為35％～55％，每道次的變形量控制在25％～35％，單錘壓下量小于80mm，鍛造完成后坯料表面溫度大于900℃。鍛完回爐補溫，進行下一火鍛造。

步驟3，二次中間鍛造

第4～5火次在4500T將450×450×L規格方坯拔長至120×120×L變形。加熱溫度為1050℃，每火次變形量控制為35％～45％，每道次的變形量不小于25％，鍛造完成后坯料表面溫度大于850℃。鍛完回爐補溫，進行下一火鍛造。

步驟4，成型鍛造

第6～7火次在1600T快鍛機上對120×120×L方坯進行倒棱和摔圓，加熱溫度為1020℃，倒棱火次的變形量在15％～25％，倒棱后回爐補溫進行摔圓鍛造，摔圓變形量在15％～25％，鍛造過程中每道次的變形量在10％～25％，每火次鍛造時間控制在6min以內，鍛造完成后坯料表面溫度大于850℃。成品規格為Φ150mm棒材。

對GH4169高溫合金鑄錠，采用本發明的方法進行了多批次生產，生產出2批規格為Φ100～200mm的GH4169合金棒材，圖1、5分別是是實施例1、2制備的棒材的低倍組織圖，圖2-4分別是實施例1制備的Φ200mm規格棒材邊緣部、1/2半徑部位和心部高倍組織圖，圖6-8分別是實施例2制備的Φ150mm規格棒材邊緣部、1/2半徑部位和心部高倍組織圖，力學性能數據見表1。

表1 GH4169高溫合金棒材力學性能

由表1和圖1-8中的測試結果可知，采用本發明的鍛造工藝技術生產的GH4169大規格棒材的組織均勻，性能測試結果完全滿足標準要求。