一种提高GH4698合金热处理态晶粒度和均匀性的锻造方法与流程

本发明属于高温合金锻造，具体涉及一种提高gh4698合金热处理态晶粒度和均匀性的锻造方法。

背景技术：

1、gh4698合金属于ni-cr沉淀型变形高温合金，在550℃～800℃下具有良好的综合力学性能，且具有长期使用稳定性，适合制作发动机涡轮盘等长寿命承载零件。目前，gh4698合金在航空、航天、舰船等领域已有广泛的运用。

2、gh4698合金由γ基体、γ′相以及少量的碳化物、硼化物组成，是一种高固溶温度的粗晶材料，在标准热处理制度1100～1120℃×8h/空冷、1000℃×4h/空冷、775℃×16h/空冷下，该合金γ′相完全溶解(溶解温度约为1020℃)，晶粒会发生明显长大。由于上述现象，容易导致gh4698合金各部位的晶粒度级别相差较大，因此，现阶段部分领域(特别是航空发动机)对gh4698合金锻棒热处理态晶粒度的要求范围较宽泛，只需达到2～6级即可。

3、为了控制gh4698合金锻制棒材生产成本，采用快锻成形是其主要的生产方式。目前平砧快锻成形的方法在于锻造时间长，终锻温度低，这将导致锻制gh4698合金棒材的成形关键火次时，其终锻温度低于动态再结晶温度(约980℃)，较低温度下的变形量避免不了小于5％～10％，棒材锻态晶粒度虽为5～7级，经标准热处理后部分晶粒发生异常长大，造成粗晶或者混晶，平均晶粒度较低，仅大于2级。此外，现有针对gh4698合金提升晶粒度和均匀性的热处理方法，普遍存在热处理和锻造的时间太长，这极大的提升了制造成本，因此需要在缩短时间的基础上，进一步实现提升晶粒度以及均匀性的目标。

4、中国专利文献cn 103103465 b公开了一种gh4698合金的热处理方法，其要求作为热处理原料的gh4698合金锻件的晶粒度达到4.5～5.5级，该热处理方法对gh4698合金锻件的晶粒度级别要求较高，而现有的合金锻件晶粒度指标仅需达到2～6级，无法满足上述要求。

5、中国专利文献cn 115213251 a公开了一种gh4698合金小规格棒材的制备方法，该专利方法通过开坯锻造、中间轧制和成品轧制工艺，实现了对φ5mm～φ30mm小规格gh4698合金棒材平均晶粒度达到2～3级的指标。然而，该锻造方法获得的平均晶粒度级别仍然较低，其仅适用于小规格棒材，对大规格棒材晶粒度的控制效果更差，同时其晶粒度的均匀性较差。

6、中国专利文献cn 116240475 a公开了一种细化gh4698合金棒材晶粒度的方法，得到的gh4698合金棒材的晶粒度为3～4级，但该方法是通过均匀化处理结合锻造处理的方法，同时其锻造的时间长，合金锻件的晶粒度均匀性较差。

7、因此，亟待提供一种能够提高gh4698合金热处理态晶粒度和均匀性的锻造方法，在实现提升晶粒度和均匀性的同时，还能够大幅度降低锻造处理的时间。

技术实现思路

1、本发明就是为了解决上述技术问题，从而提供一种提高gh4698合金热处理态晶粒度和均匀性的锻造方法。本发明的技术目的在于，解决现有针对gh4698合金锻件的热处理方法获得的棒材存在晶粒度和均匀性不佳，同时锻造处理时间较长的问题。

2、为了实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供了一种提高gh4698合金热处理态晶粒度和均匀性的锻造方法，包括以下步骤：

4、(1)平砧开坯：将gh4698合金钢锭在天然气炉中加热并采用平砧进行10～11火次连续回炉锻造，棒坯至锻造成品预留25％～45％的变形余量；

5、(2)v砧成形：将步骤(1)获得的棒坯进行软包套后在天然气炉中加热，在预热后的v砧上一火次锻造成形；

6、(3)棒材锻后处理：将步骤(2)处理的gh4698合金棒材锻造完成后立即回炉，在1050～1080℃保温10～20min后空冷。

7、本发明提供的上述锻造处理方法，不仅大幅度降低了处理时间和锻造时间，同时还可实现gh4698合金锻制棒材晶粒度的改善，使得gh4698合金锻制棒材热处理态晶粒度3～5级，级差小于3级，组织均匀性良好。

8、进一步的是，步骤(1)中gh4698合金钢锭在天然气炉中加热的温度为1150～1170℃，保温时间为5～6h，每火次变形量为25％～45％。

9、进一步的是，步骤(2)中棒坯在天然气中加热的时间为1～2h，末火次终锻温度980～1000℃。

10、进一步的是，步骤(2)中将v砧置于在天然气炉中加热的温度为800～1000℃，保温时间为2～3h，锻前装配于砧座。

11、进一步的是，步骤(1)中所述gh4698合金的元素组成按重量百分比记为：c：0.040％～0.060％、cr：13.50％～15.00％、mo：2.85％～3.15％、al：1.50％～1.80％、ti：2.45％～2.80％、nb：1.90％～2.20％、mg：0.0010％～0.0040％、b：0.0040％～0.0060％、zr：0.035％～0.060％、fe：0.10％～0.50％，其余为ni及不可避免杂质元素。

12、进一步的是，步骤(1)中所述gh4698合金钢锭的尺寸为φ508mm～φ660mm。

13、进一步的是，步骤(3)中gh4698合金棒材锻造获得的规格为φ250mm～φ450mm大棒材。

14、本发明的有益效果如下：

15、本发明将gh4698合金φ508mm～φ660mm钢锭采用平砧开坯，预留25％～45％变形的余量，再将棒坯进行软包套后在预热的v砧上成形，末火锻后立即在1050～1080℃下回炉保温10～20min的锻造方法，最终锻造至φ250mm～φ450mm棒材。本发明提供的上述锻造处理方法，采用有效的锻造工艺制度，提高成形火次锻造效率，极大缩锻造时间，锻造完成后立即回炉，保证动态再结晶继续完成，最终gh4698合金锻制棒材热处理态晶粒度4～5级，级差小于2级，组织均匀性良好。

技术特征：

1.一种提高gh4698合金热处理态晶粒度和均匀性的锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，步骤(1)中gh4698合金钢锭在天然气炉中加热的温度为1150～1170℃，保温时间为5～6h，每火次变形量为25％～45％。

3.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，步骤(2)中棒坯在天然气中加热的时间为1～2h，末火次终锻温度980～1000℃。

4.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，步骤(2)中将v砧置于在天然气炉中加热的温度为800～1000℃，保温时间为2～3h，锻前装配于砧座。

5.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，步骤(1)中所述gh4698合金的元素组成按重量百分比记为：c：0.040％～0.060％、cr：13.50％～15.00％、mo：2.85％～3.15％、al：1.50％～1.80％、ti：2.45％～2.80％、nb：1.90％～2.20％、mg：0.0010％～0.0040％、b：0.0040％～0.0060％、zr：0.035％～0.060％、fe：0.10％～0.50％，其余为ni及不可避免杂质元素。

6.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，步骤(1)中所述gh4698合金钢锭的尺寸为φ508mm～φ660mm。

7.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，步骤(3)中gh4698合金棒材锻造获得的规格为φ250mm～φ450mm大棒材。

技术总结
本发明提供了一种提高GH4698合金热处理态晶粒度和均匀性的锻造方法，属于高温合金锻造技术领域。本发明是将GH4698合金φ508mm～φ660mm钢锭采用平砧开坯，预留25％～45％变形的余量，再将棒坯进行软包套后在预热的V砧上成形，末火锻后立即在1050～1080℃下回炉保温10～20min的锻造方法，最终锻造至φ250mm～φ450mm棒材。本发明方法采用有效的锻造工艺制度，提高成形火次锻造效率，极大缩锻造时间，锻造完成后立即回炉，保证动态再结晶继续完成，最终GH4698合金锻制棒材热处理态晶粒度4～5级，级差小于2级，组织均匀性良好。

技术研发人员：代彪,岑凯强,吴致全,粟硕,周江波
受保护的技术使用者：四川六合特种金属材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23