本發明屬于鍛造技術領域，涉及一種細化鎳基高溫合金鍛件晶粒組織的方法。

背景技術：
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鎳基高溫合金具有較高的強度和塑性、良好的耐腐蝕和抗氧化性能，以及良好的疲勞性能，是目前航空領域中應用最廣泛的合金材料之一，被廣泛的應用于制造航空發動機渦輪盤、機匣、壓氣機盤和葉片等關鍵零件。

細化晶粒組織是鍛件生產制造過程中的一個重要目標。鍛造等熱成形工藝之所以能細化晶粒組織，是因為材料在熱變形過程中會發生動態再結晶行為。然而，對于鎳基高溫合金在單道次以及恒定的工況(溫度、應變速率)變形時，需要較大應變才能發生完全動態再結晶，如對于GH4169合金，在變形溫度980℃和應變速率0.001s^-1，使其發生95％的動態再結晶所需等效應變達到1.7(相當于變形程度82％)。顯然，在實際模鍛過程中，這樣的大應變是難以達到的。雖然增大變形溫度和降低應變速率，可以降低動態再結晶完全發生所需的應變，但是其會增大動態再結晶晶粒尺寸，明顯地影響了晶粒細化效果。因此，急需發明一種新方法，利用該方法既能有效地降低鎳基高溫合金動態再結晶發生完全所需的應變，又能使得其再結晶晶粒組織細小。

技術實現要素：
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本發明的目的在于提供一種細化鎳基高溫合金鍛件晶粒組織的方法，其特征是采用中間保溫的雙道次變應變速率工藝促進合金發生完全的再結晶，且無需增加變形溫度或降低終鍛階段的應變速率，從而達到以較小的總變形量細化鎳基高溫合金鍛件晶粒組織的目的，解決了現有方法難以在較小的應變條件下得到動態再結晶程度完全、晶粒細小的鎳基高溫合金鍛件晶粒組織的難題。

本發明解決上述難題的方案是：

步驟1：將鎳基高溫合金鍛坯進行固溶預處理，然后立即淬火；固溶預處理的工藝為：將鍛坯加熱至1010～1040℃保溫，保溫時間為0.7小時～0.9小時；

步驟2：將步驟1獲得的鍛坯加熱至970℃～1010℃，保溫至鍛坯溫度均勻后，采用中間保溫的雙道次變應變速率工藝對坯料施加變形；其具體工藝為：第一道次鍛坯的應變速率為0.05s^-1～0.1s^-1，第一道次鍛坯的變形量為20％～35％，第二道次鍛坯的應變速率為0.01s^-1～0.001s^-1，兩道次間的間隔時間為60s～240s，鍛坯兩道次的總變形量為50％～60％；

步驟3：變形結束后，立即對鍛件淬火。

本發明的有益效果為：該方法充分利用了變形—位錯—雙道次保溫—亞動態和動態再結晶的相互作用機制，最終實現了以相對較小的總變形量達到細化鎳基高溫合金鍛件晶粒組織的目的，為鎳基高溫合金鍛件的品質躍升提供了新技術。

附圖說明：

圖1 GH4169合金鍛坯經過固溶預處理之后的組織；

圖2實施例1的應變速率—應變曲線；

圖3實施例1采用中間保溫的雙道次變應變速率工藝獲得的GH4169合金鍛件的晶粒組織；

圖4實施例1對比實驗獲得的GH4169合金鍛件的晶粒組織：(a)恒應變速率為0.1s^-1；(b)恒應變速率為0.01s^-1；(c)變應變速率0.1s^-1-0.01s^-1；

圖5實施例2的應變速率—應變曲線；

圖6實施例2采用中間保溫的雙道次變應變速率工藝獲得的GH4169合金鍛件的晶粒組織；

圖7實施例2對比實驗獲得的GH4169合金鍛件的晶粒組織：(a)恒應變速率為0.1s^-1；(b)恒應變速率為0.001s^-1；(c)變應變速率0.1s^-1-0.001s^-1。

具體實施方式：

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

本發明是一種細化鎳基高溫合金鍛件晶粒組織的方法，下面所有實施例中均選用典型的鎳基高溫合金—GH4169合金鍛件為對象，其化學成分如表1所示。

表1本發明實例中所用材料的GH4169合金成分(wt.％)

實施例1

步驟1：將GH4169合金鍛坯進行固溶預處理，然后立即淬火；固溶預處理的工藝為：將鍛坯加熱至1040℃保溫，保溫時間為0.75小時；GH4169合金鍛坯經步驟1的預處理之后的組織如圖1所示，通過固溶處理，得到了均勻的晶粒組織，通過截線法可以測得其平均晶粒尺寸約為75μm。

步驟2：將步驟1獲得的鍛坯加熱至1010℃，保溫至鍛坯溫度均勻后，采用中間保溫的雙道次變應變速率工藝對坯料施加變形：第一道次鍛坯的應變速率為0.1s^-1，第一道次鍛坯的變形量為30％(真應變0.35)，第二道次鍛坯的應變速率為0.01s^-1，兩道次間的間隔時間為60s，鍛坯經歷兩階段變形后的總變形量為60％(真應變0.92)；實施例1的應變速率與應變的關系如圖2所示。

步驟3：變形結束后，立即對鍛坯淬火。

對GH4169合金鍛件進行金相觀察，結果如圖3所示。對比圖3和圖1可知，本發明的方法可以達到促進GH4169合金動態再結晶發生完全、細化晶粒組織的目的。為了證明本發明方法的優越性，進行了對比實驗，對比實驗所選用的變形溫度和鍛坯的總變形量與本發明實施例1相同，區別在于對比實驗采用恒應變速率以及無保溫的變應變速率方式進行變形。圖4(a)所示為以恒應變速率0.1s^-1變形至總變形量60％(真應變0.92)時獲得金相組織；圖4(b)所示為以恒應變速率0.01s^-1變形至總變形量60％(真應變0.92)時獲得金相組織。圖4(c)所示為先以恒應變速率0.1s^-1變形至總變形量30％(真應變0.35)，然后迅速降低應變速率至0.01s^-1，再壓縮至總變形量60％(真應變0.92)時獲得的金相組織。由圖4(a)可知，以恒應變速率0.1s^-1變形至60％的變形量，在原始大晶界周圍只發現少量的動態再結晶晶粒，金屬組織以原始大晶粒為主。而在圖4(b)和(c)中，也只發生了部分的動態再結晶，金相組織為混晶，未達到晶粒細化效果。因此，對比實驗證明了本發明提出的方法具有優越性。

實施例2

步驟1：將GH4169合金鍛坯進行固溶預處理，然后立即淬火；固溶預處理的工藝為：將鍛坯加熱至1040℃保溫，保溫時間為0.75小時；GH4169合金鍛坯經步驟1的預處理之后的組織如圖1所示，通過固溶處理，得到了均勻的晶粒組織，通過截線法可以測得其平均晶粒尺寸約為75μm。

步驟2：將步驟1獲得的鍛坯加熱至980℃，保溫至鍛坯溫度均勻后，采用中間保溫的雙道次變應變速率工藝對坯料施加變形：第一道次鍛坯的應變速率為0.1s^-1，第一道次鍛坯的變形量為30％(真應變0.35)，第二道次鍛坯的應變速率為0.001s^-1，兩道次間的間隔時間為120s，鍛坯經歷兩階段變形后的總變形量為60％(真應變0.92)；實施例1的應變速率與應變的關系如圖5所示。

步驟3：變形結束后，立即對鍛坯淬火。

對GH4169合金鍛件進行金相觀察，結果如圖6所示。對比圖6和圖1可知，本發明的方法可以達到促進GH4169合金動態再結晶發生完全、細化GH4169合金晶粒組織的目的。為了證明本發明方法的優越性，進行了對比實驗，對比實驗所選用的變形溫度和鍛坯的總變形量與本發明實施例1相同，區別在于對比實驗采用恒應變速率以及無保溫的變應變速率方式進行變形。圖7(a)所示為以恒應變速率0.1s^-1變形至總變形量60％(真應變0.92)時獲得金相組織；圖7(b)所示為以恒應變速率0.001s^-1變形至總變形量60％(真應變0.92)時獲得金相組織。圖7(c)所示為先以恒應變速率0.1s^-1變形至總變形量30％(真應變0.35)，然后迅速降低應變速率至0.001s^-1，再壓縮至總變形量60％(真應變0.92)時獲得的金相組織。由圖7(a)可知，以恒應變速率0.1s^-1變形至60％的變形量，在原始大晶界周圍只發現少量的動態再結晶晶粒，金屬組織以原始大晶粒為主。在圖7(b)中，由于以恒應變速率0.1s^-1變形至60％的變形量，使得動態再結晶程度較高，但金相組織中仍存在少量的原始大晶粒，動態再結晶程度不夠完全。圖7(c)與圖7(b)結果類似。因此，對比實驗證明了本發明提出的方法具有優越性。