GH4720li合金是一種γ′相沉淀強(qiáng)化合金，鎢、鉻、鈷固溶強(qiáng)化高強(qiáng)度耐腐蝕鎳基高溫合金，它主要用于制造650 ~ 750℃使用的壓氣機(jī)盤和渦旋轉(zhuǎn)盤。

gh4720li合金的合金化程度應(yīng)較高，強(qiáng)化相γ′數(shù)量高達(dá)40% ~ 50%，是國(guó)際公認(rèn)的最難改變的。一種高溫合金。一方面，由于固溶強(qiáng)化和強(qiáng)時(shí)效化學(xué)作用的增強(qiáng)使合金的高溫變形抗力迅速提高，可塑性降低；另一方面，高合金化導(dǎo)致其熔點(diǎn)降低，然后隨著晶化溫度的升高，熱工作窗口變窄。因此，通過(guò)合理加熱加工得到的棒材組織和性能優(yōu)良，不易變形，溫度高GH 4720Li研制成功的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

目前，國(guó)內(nèi)外高溫合金的熱加工和切坯方法主要有三種:擠壓坯、鍛造坯和軋制坯，或兩種坯方法的結(jié)合。國(guó)外通常采用大錠GH 4720Li合金錠。采用鍛造大方坯或擠壓大方坯，但擠壓大方坯需要大噸位、快速度擠壓設(shè)備，而這種設(shè)備的應(yīng)用工藝在國(guó)內(nèi)還不成熟。因此，本文針對(duì)gh4720li合金的快速鍛造開(kāi)坯工藝進(jìn)行了研究。在研究熱合金坯料切割工藝和gh4720li在MTS熱模擬和合金數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，確定鋼坯切割工藝參數(shù)數(shù)量初步確定，然后用2000t快鍛機(jī)定406mm 試制了gh4720Li合金鑄錠。

鍛造坯料的關(guān)鍵是不同時(shí)間的變形溫度和變形量匹配的。加熱工藝和變形溫度的確定不僅要考慮使合金具有良好的熱加工塑性，并使合金獲得良好的很好的組織。其基本原則如下: (1)防止合金過(guò)熱。加熱溫度過(guò)高或在某一溫度上如果保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)造成過(guò)熱變形嚴(yán)重開(kāi)裂。

(2)防止終鍛溫度過(guò)低。變形的下限溫度，通常接近再結(jié)晶溫度，當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，變形抗力急劇增加，另一方面，工件表面會(huì)出現(xiàn)裂紋。 (3)避免因變形溫度高而引起的晶粒粗化。

高溫合金的熱加工變形程度應(yīng)區(qū)別于下列不同情況以確定它是鑄造的還是變形的；不同的變形溫度；不同鍛造即方法的變形率不同；不同合金水平的合金不 同樣的可塑性水平。對(duì)于形狀復(fù)雜的鍛件，一般都會(huì)變形。不均勻，或多火多錘鍛造存在變形程度。還有分配問(wèn)題。一般參照合金的固溶再結(jié)晶圖，進(jìn)行控制變形的程度，使得不出現(xiàn)粗晶粒，并避免臨界變形。

在高溫合金開(kāi)坯過(guò)程中，第一次火或歷次火都是鍛透的。經(jīng)常高于γ′相的溶解溫度，從而使化學(xué)成分均勻且宏觀面料碎精。但溫度不應(yīng)超過(guò)局部偏析造成的溫度。低熔點(diǎn)相的熔化溫度。下一次鍛造應(yīng)該在低溫下進(jìn)行。線，使晶粒結(jié)構(gòu)得到充分細(xì)化，最終經(jīng)多次鍛造而成。從而獲得所需尺寸的棒材坯料。鍛造過(guò)程中微觀組織的演變受以下因素的影響受時(shí)間-溫度-應(yīng)力的影響，這一過(guò)程是復(fù)雜的，尤其是鑄錠三維鋼坯模擬的研究工作相對(duì)較少。

根據(jù)材料的應(yīng)用狀況，需要實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的晶粒細(xì)化或者用輥鍛機(jī)鍛造。特別是需要后期關(guān)閉。和鍛造要求高強(qiáng)度的材料，軋制或鍛造應(yīng)在γ′相溶解溫度低于。但是當(dāng)要求材料具有良好的蠕變性時(shí)性能，最終軋制或鍛造溫度應(yīng)在γ′相溶解高于該溫度，為了獲得足夠的再結(jié)晶晶粒結(jié)構(gòu)。

根據(jù)以上高溫合金基本開(kāi)坯鍛造規(guī)律， 結(jié)合合金本身的組織特點(diǎn) 以及 ＭＴＳ 等物理模擬結(jié)果， 就可以初步確定出合金的開(kāi)坯工藝參數(shù)。

鑄態(tài)塑性圖 確定不同溫度下鑄態(tài)gh4720li合金的最大值測(cè)試了不同溫度下的拉伸性能。嘗試 在高溫均勻化處理后，從406 mm合金錠的徑向取樣品。在1/2 r處，每個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)是三個(gè)樣品拉伸結(jié)果的平均值，得到的塑性曲線如圖1所示。

從圖1可以看出，鑄態(tài)gh4720li合金的溫度低于1150℃隨著溫度的升高，塑性逐漸增加，其中在1150 ~ 1160℃之間當(dāng)塑性達(dá)到最大值時(shí)，隨后迅速下降。當(dāng)溫度低于當(dāng)溫度為1080℃或高于1160℃時(shí)，合金的塑性將低于30%，打開(kāi)在鋼坯加工過(guò)程中容易造成鋼錠開(kāi)裂。因此，gh4720li合金第一火初鍛溫度和終鍛溫度應(yīng)控制在1080 ~1160℃范圍內(nèi)，且不能超過(guò)相應(yīng)溫度下的最大變形量。

MTS熱模擬實(shí)驗(yàn) 為了得到變形溫度、變形速率、變形量等參數(shù)的組合MTS試驗(yàn)機(jī)采用了金熱變形行為的影響規(guī)律。對(duì)gh4720li合金進(jìn)行了熱模擬壓縮實(shí)驗(yàn)。MTS試樣取自經(jīng)過(guò)高溫均勻化處理的406 mm合金。在鑄錠徑向1/2 r位置，試樣尺寸為14mm× 20mm，兩個(gè)在端面深度為0.2毫米的凹槽上涂玻璃潤(rùn)滑劑。計(jì)時(shí)賽以20℃/s的速度將試樣加熱至變形溫度，然后保溫10 min等溫壓縮，變形溫度為1000 ~ 1170℃，每10℃為在一個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，應(yīng)變率分別為1，0.1s-1和0.01s-1，改變形狀是30%，50%，70%。圖2顯示了三個(gè)典型的例子gh4720li合金在試驗(yàn)條件下的顯微組織。

這可以從不同熱變形條件下的顯微組織中得到，當(dāng)變形溫度當(dāng)溫度低于1100℃時(shí)，即使變形量達(dá)到70%,顯微組織仍不可能發(fā)生完全重結(jié)晶；當(dāng)溫度超過(guò)150℃時(shí)，出現(xiàn)γ′相大量溶解，再結(jié)晶晶粒變得粗大。變形溫度為當(dāng)變形量在100 ~ 1150℃超過(guò)50%(真應(yīng)變> 0.7)時(shí)，可以從而獲得最理想的再結(jié)晶組織。所以組合了gh4720li金的適宜初軋溫度應(yīng)為1100 ~ 1150℃，累計(jì)變形量大于50%，但單道次變形不能超過(guò)相應(yīng)溫度下的最大值允許的大變形。

數(shù)值模擬 基于MTS物理模型，建立了針對(duì)。GH4720Li合金初軋時(shí)的本構(gòu)方程、再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)及晶體粒度預(yù)測(cè)模型。結(jié)合有限元數(shù)值模擬，可以進(jìn)行建模實(shí)際的開(kāi)坯過(guò)程。有限元模擬采用deform 3d。V.1軟件，通過(guò)調(diào)整鋼坯切割過(guò)程的參數(shù)，例如，調(diào)整合格分?jǐn)?shù)熱加工參數(shù)如布料、變形量、鍛造溫度、變形率等。，會(huì)得到 物理量場(chǎng)和粒度分布的模擬結(jié)果和物理模擬結(jié)果。通過(guò)對(duì)比，最終獲得了406mm GH 4720Li合金鑄錠。相對(duì)最佳開(kāi)坯工藝參數(shù)。圖3顯示了模擬的開(kāi)坯鍛造過(guò)程中部分火的平均粒度分布截圖。在相對(duì)最佳的鍛造溫度下，帶材根據(jù)每爐變形量分布件，每節(jié)棒材經(jīng)過(guò)4-5次拉拔鍛造后可以有良好的鍛透性，組織分布均勻，平均晶粒度可達(dá)到ASTM 9或以上標(biāo)準(zhǔn)。

GH4720li合金鑄錠鍛造和開(kāi)坯結(jié)果根據(jù)高溫合金和gh4720li合金的基本大方坯規(guī)律黃金本身的微觀結(jié)構(gòu)特征，并根據(jù)gh4720li合金的塑性圖，MTS熱模擬和有限元模擬的結(jié)果，在鋼坯切割過(guò)程中的每一個(gè)火初步確定了二次加熱溫度、變形量等工藝參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，鑄造了406mm gh4720li合金鑄錠。進(jìn)行了小方坯的試生產(chǎn)。真空感應(yīng)和真空消耗的鑄錠雙真空熔煉高溫精煉均勻后，用2000 t快鍛機(jī)4 ~ 6小時(shí)。鑄錠通過(guò)火鍛造成130 mm的棒材，然后在車削后矯直。直徑約100mm。圖4顯示了100毫米棒的橫截面宏組編織時(shí)，中心、1/2 r和邊緣不同部位的高倍組織如圖5所示。從圖4和圖5可以看出，鋼坯切割后棒材的晶粒結(jié)構(gòu)是均勻的很好，平均粒度大約是10。

棒材經(jīng)1090℃×4h+油淬，650 ℃× 24h+空氣冷卻經(jīng)70 ℃× 16h空冷處理后，觀察顯微組織測(cè)試不同溫度下的拉伸性能，結(jié)果如圖6所示，顯示了7個(gè)。從圖6中可以看出，熱處理后的gh4720li合金顯微組織主要分為初生γ′相、次生γ′相和第三相γ′圖4 GH 4720 Li合金棒材的橫向宏觀組織相，初生γ′相的尺寸約為1 ~ 4微米，二次γ′相的尺寸約為200 ~ 400 nm，三次γ′相的尺寸在90 nm以下。一次γ′相塊釘扎在晶界上，阻礙晶粒生長(zhǎng)，促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大重結(jié)晶；第二和第三γ′相主要以球形分布在晶體中，主要是強(qiáng)化基體，提高基體的強(qiáng)度。性能測(cè)試結(jié)如圖7所示，可以看出gh4720li合金在室溫下在70℃、750℃范圍內(nèi)具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性上述合金的強(qiáng)度和塑性隨溫度的升高而迅速下降，其中在850℃附近有一個(gè)低塑性區(qū)，其機(jī)制需要進(jìn)一步的研究。從棒材的微觀結(jié)構(gòu)和性能結(jié)果可以看出通過(guò)試驗(yàn)得出的鋼坯切割工藝參數(shù)是合理可行的。

結(jié)論 (1）gh4720li合金鑄錠的最佳開(kāi)坯溫度為1080 ~ 1160℃，低于1080℃或高于1160℃都容易引入表面或內(nèi)部開(kāi)裂。 (2)變形溫度為1100 ~ 1150℃，變形量超過(guò)50%(真的當(dāng)應(yīng)變大于0.7)時(shí)，可以獲得最理想的再結(jié)晶組織。 (3)通過(guò)有限元模擬，得到了初軋過(guò)程中各爐次的鍛造情況。做出溫度和變形的最佳匹配關(guān)系。 (4)初步確定坯料切割過(guò)程的參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)試制了46 mm GH 4720Li合金鑄錠制備的棒材具有均勻細(xì)小的晶粒組織和優(yōu)異的性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明鋼坯切割工藝參數(shù)合理可行。