高温超高强度紧固件用GH350合金耐磨板冷拔银亮材的研制

  GH350合金耐磨板是先进航空发动机在700℃以上使用的高强度、高蠕变抗力紧固件用合金。该合金具有良好的耐腐蚀性能、优良的塑韧性,是目前使用温度最高的高强度紧固件合金之一。因其具有优良的综合性能,除可做650℃~750℃服役的高强度紧固件外,也是涡轮叶片、涡轮盘和飞机与飞行器着陆齿轮的理想选材。

  GH350合金耐磨板中Al、Ti、Nb、Ta等元素的总含量达8.4%,是高合金化的高温合金;高的合金化程度使其在冶炼凝固过程中易产生严重枝晶偏析和各种枝晶低熔点(共晶)脆性相;枝晶间低熔点脆性相会成为热加工过程中裂纹的萌生源,因而GH350合金耐磨板是热加工过程变形抗力大、热加工塑性差的难变形高温合金。

  GH350合金耐磨板冷拔银亮棒材研制存在四方面技术难点:(1)锻造方面:热加工抗力大、塑性差、成型困难,在钢锭锻造过程中易劈头和开裂;(2)轧制方面:热轧过程中坯料棱角处易产生横向裂纹;(3)固溶热处理方面:GH350合金耐磨板对热处理工艺参数十分敏感,因而热轧棒材加热温度和冷却速度十分关键;(4)冷拔方面:包括变形量分配及润滑,冷拔时随着变形量的累积,加工硬化效应显著,应力迅速增加造成冷拔成型困难,因而冷拔时每道次变形量需合理分配;在冷拔过程中因强度高,成型困难,易破坏模具,易出现表面划伤及搓衣板型磨损等表面缺陷,如果没有好的润滑措施,使冷拔工序无法顺利完成。

  某公司采用3150吨型材卧式挤压机挤压开坯(挤压筒Φ220mm)。生产过程中为了减小GH350合金耐磨板钢锭偏析,提高热加工塑性,在真空感应熔炼电极时选择较小锭型为Φ130mm,真空自耗重熔成Φ180mm锭,并采用钢锭外包低碳钢套成Φ220mm挤压坯料进行热挤压开坯成Φ80mm棒材;经热轧至Φ18mm棒材;经固溶热处理、多道次冷拔加工、矫直和磨光,生产Φ13.5mm等冷拔银亮棒材。最终确定的新生产工艺路线为:真空感应炉→真空自耗→均匀化热处理→热挤压开坯→热轧棒材→固溶热处理→冷拔成品→矫直→磨光。工艺研究结果如下:

 ?。?)热加工工艺。GH350合金耐磨板最高塑性温度为:(1120~1130)℃;因钢锭真空自耗锭扒皮后Φ160mm左右,挤压Φ80mm棒材,因而挤压比为4∶1,考虑挤压变形抗力及热塑性因素,挤压加热温度为(1140±10)℃,热轧加热温度为(1130±10)℃。
 ?。?)固溶热处理制度。根据1085℃不同保温时间显微组织,确定到温装炉,加热温度为:(1085±5)℃×(1.5~2)h,可获得满意的显微组织及晶粒度;冷却方式为快速水冷。
 ?。?)冷拔工艺。总变形率为35%~40%,冷拔经4个道次,其中,第1个道次的变形率为12%~16%,第2个道次的变形率为13%~16%,第3个道次的变形率为9%~11%,第4个道次的变形率为5%~9%。冷拔前润滑处理,采用MoS2和液体石蜡混合的自制润滑剂,均匀涂抹于坯料表面。