论文摘要
GH4698合金是在俄罗斯ЭИ698合金的基础上添加微量元素进行改型发展而来的合金。随着国防发展的需要，GH4698合金被选为特大型涡轮盘用高温合金，对此，本文对特大型GH4698合金涡轮盘进行了研究。研究内容主要包括三个方面：合金热压缩试验，包括流变应力、再结晶行为等；特大涡轮盘组织、性能不均匀性研究；特大型涡轮盘热处理制度研究。通过以上技术基础实验研究，在国内首次研制成了直径为800毫米的特大型涡轮盘零件。①合金热压缩试验对GH4698合金在MTS进行圆柱形试样的恒定应变速率等温热压缩试验，试验温度为950-1100℃，应变速率（?）为0.001 s-1、0.01 s-1、0.1 s-1、1 s-1，应变量为10-70％。研究表明：合金在950℃和1000℃当变形量达到70％未发生动态再结晶，当变形温度达到l100℃、变形量达40％以上，合金发生完全动态再结晶。经热处理后，全部发生静态再结晶。②特大涡轮盘组织性能不均匀性研究新试制GH4698合金涡轮盘直径远远大于以往航空用涡轮盘尺寸。随着涡轮盘直径的增大，变形过程中涡轮盘不同部位变形参数有较大差异，这就导致涡轮盘成型以后，不同部位组织、性能的不均匀性。俄罗斯对特大型GH4698合金涡轮盘不同部位性能提出了不同的考核指标。研究结果表明，轮毂处性能远远低于轮缘部位；特大型涡轮盘轮毂存在因变形条件不理想造成的粗大晶粒和大尺寸不规则块状碳化物。在GH4698合金涡轮盘中存在两种大小相间的γ’相，通过对特大型涡轮盘轮缘和轮毂试样进行相分析可知，涡轮盘轮毂和轮缘γ’相总量和各元素含量基本一致，γ’相数量达到26％左右，轮缘小γ’相粒度主要为10-36m，大γ’相尺寸为96-300m；轮毂小γ’相粒度稍大于外环，主要分布在18-60nm之间，而大γ’相粒度与外环相当。因而对于不同尺寸的γ’相，位错通过机制也有所不同，切割机制和Orowan绕过机制将共同存在。这种大小γ’相共存的组织形态有利于合金得到优良的综合性能。③热处理制度对涡轮盘组织、性能的影响由于特大型GH4698合金涡轮盘各级别盘件性能要求不同，都高于现行航空盘技术标准，并要求对特大型涡轮盘1/2R以内部位进行性能检测，这是在航空盘件上从没出现过的新情况。对此，为了得到各部位性能较好匹配的特大型涡轮盘，需要对特大型涡轮盘热处理制度进行探索。对涡轮盘试样进行不同温度和保温时间的固溶处理可知，涡轮盘试样在1050℃进行固溶处理得到的晶粒存在明显不均匀现象；1150℃以上固溶晶粒将显著长大，合金强度降低；而1100℃固溶处理8小时空冷可得到理想的晶粒和性能。在一定固溶温度和保温时间下的晶粒尺寸可用下式进行估算：二次固溶冷却速度在一定的范围内不会对合金性能产生显著影响，但当冷却速度低于一定水平后会导致合金室温屈服强度的显著衰减。经过对涡轮盘冷却速度的实际测量可以得知涡轮盘冷却速度与盒冷速度非常接近，因而二次固溶后对涡轮盘采用空冷不会造成盘件性能的显著降低。从不同热处理制度对特大型涡轮盘试样组织、性能的影响可知，下述三种热处理均能得到理想的组织和性能。1)1100℃/8h,AC+1000℃/4h,AC+775℃/16h,AC2)1100℃/8h,AC+1000℃/4h,AC+775℃/16h,AC+700℃/16h,AC3)1000℃/8h,AC+650℃/20h,AC+775℃/16h,AC选择Ⅰ制度在GH4698合金特大型涡轮盘整体件上进行了试验，得到了理想结果。④用本项目基础实验研究优化的模锻工艺和热处理工艺，研制了φ800毫米的大型GH4698合金涡轮盘零件，经检测分析，其组织和性能均达到技术要求。通过该产品的试制，形成了一条适合公司的生产技术条件的制造大型高温合金涡轮盘的技术路线。