GH350合金耐磨板是先進航空發動機在700℃以上使用的高強度、高蠕變抗力緊固件用合金。該合金具有良好的耐腐蝕性能、優良的塑韌性,是目前使用溫度最高的高強度緊固件合金之一。因其具有優良的綜合性能,除可做650℃~750℃服役的高強度緊固件外,也是渦輪葉片、渦輪盤和飛機與飛行器著陸齒輪的理想選材。
GH350合金耐磨板中Al、Ti、Nb、Ta等元素的總含量達8.4%,是高合金化的高溫合金;高的合金化程度使其在冶煉凝固過程中易產生嚴重枝晶偏析和各種枝晶低熔點(共晶)脆性相;枝晶間低熔點脆性相會成為熱加工過程中裂紋的萌生源,因而GH350合金耐磨板是熱加工過程變形抗力大、熱加工塑性差的難變形高溫合金。
GH350合金耐磨板冷拔銀亮棒材研制存在四方面技術難點:(1)鍛造方面:熱加工抗力大、塑性差、成型困難,在鋼錠鍛造過程中易劈頭和開裂;(2)軋制方面:熱軋過程中坯料棱角處易產生橫向裂紋;(3)固溶熱處理方面:GH350合金耐磨板對熱處理工藝參數十分敏感,因而熱軋棒材加熱溫度和冷卻速度十分關鍵;(4)冷拔方面:包括變形量分配及潤滑,冷拔時隨著變形量的累積,加工硬化效應顯著,應力迅速增加造成冷拔成型困難,因而冷拔時每道次變形量需合理分配;在冷拔過程中因強度高,成型困難,易破壞模具,易出現表面劃傷及搓衣板型磨損等表面缺陷,如果沒有好的潤滑措施,使冷拔工序無法順利完成。
某公司采用3150噸型材臥式擠壓機擠壓開坯(擠壓筒Φ220mm)。生產過程中為了減小GH350合金耐磨板鋼錠偏析,提高熱加工塑性,在真空感應熔煉電極時選擇較小錠型為Φ130mm,真空自耗重熔成Φ180mm錠,并采用鋼錠外包低碳鋼套成Φ220mm擠壓坯料進行熱擠壓開坯成Φ80mm棒材;經熱軋至Φ18mm棒材;經固溶熱處理、多道次冷拔加工、矯直和磨光,生產Φ13.5mm等冷拔銀亮棒材。最終確定的新生產工藝路線為:真空感應爐→真空自耗→均勻化熱處理→熱擠壓開坯→熱軋棒材→固溶熱處理→冷拔成品→矯直→磨光。工藝研究結果如下:
(1)熱加工工藝。GH350合金耐磨板最高塑性溫度為:(1120~1130)℃;因鋼錠真空自耗錠扒皮后Φ160mm左右,擠壓Φ80mm棒材,因而擠壓比為4∶1,考慮擠壓變形抗力及熱塑性因素,擠壓加熱溫度為(1140±10)℃,熱軋加熱溫度為(1130±10)℃。
(2)固溶熱處理制度。根據1085℃不同保溫時間顯微組織,確定到溫裝爐,加熱溫度為:(1085±5)℃×(1.5~2)h,可獲得滿意的顯微組織及晶粒度;冷卻方式為快速水冷。
(3)冷拔工藝。總變形率為35%~40%,冷拔經4個道次,其中,第1個道次的變形率為12%~16%,第2個道次的變形率為13%~16%,第3個道次的變形率為9%~11%,第4個道次的變形率為5%~9%。冷拔前潤滑處理,采用MoS2和液體石蠟混合的自制潤滑劑,均勻涂抹于坯料表面。