挤压态FGH4096高温合等温锻造工艺及组织性能研究.pdf

哈尔滨工业大学硕士学位论文

摘要

FGH4096高温合金由于具有各项优异的室温和高温力学性能，已经成为

航空发动机中的重要材料。但在实际生产中发现，此合金经过锻造成型后，其

组织均匀性下降，这不利于材料的使用安全性以及服役寿命。真空等温锻造与

传统的近等温锻造相比，锻造环境可以长时间维持恒温状态，有利于提高合金

的微观组织均匀性。因此本文对挤压态FGH4096高温合金的真空等温锻造工

艺进行了探究，研究了合金经过真空等温锻造以及后续热处理后组织性能的变

化规律。

利用Gleeble热力物理模拟技术，模拟了60组不同变形参数下，合金的变

形情况。构建了挤压态FGH4096合金的本构方程以及热加工图。通过分析热

加工图以及观察相应区域微观组织，初步确定了三个适宜的加工窗口。

利用Deform有限元计算模拟技术，对真实的锻造过程进行了模拟，通过

分析锻造过程中，合金的温度场、应变场、应变速率场分布的均匀性最终探究

到最适宜的热加工窗口:1050-1080℃/0.001-0.003s-1。

在1060℃/0.002s-1变形参数下，对挤压态FGH4096合金进行真空等温锻

造，使合金发生52%的变形量。对锻造后合金组织进行观察。经过统计，锻造

之后合金组织均匀，平均晶粒尺寸1.45μm。变形量52%的锻态合金其高温屈

服强度为0.93GPa，高温抗拉强度为1.3GPa。合金高温强度与挤压态相比，

略有下降，主要是由于锻态合金的晶粒尺寸过于细小。

经过1060℃/90min的固溶处理后，变形量52%的合金晶粒尺寸得到很好

调控，平均晶粒尺寸为6.5μm,其650℃高温屈服强度为1.13GPa,高温抗拉强度

为1.42GPa。在此固溶条件下，对合金进行时效处理，合金的高温屈服强度，

高温抗拉强度得到进一步提升，特别是经过760℃/16h时效处理后,合金高温屈

服强度为1.18GPa,高温抗拉强度为1.53GPa。

对变形量78%的合金同样进行1060℃/90min/760℃/16h的热处理，热处理

结束后的合金其高温强度与挤压态相比，再一次得到提升，650℃高温屈服强

度为1.3GPa，提高了25%，高温抗拉强度为1.62GPa，提升了15.7%。

关键词:FGH4096高温合金；真空等温锻造工艺；组织性能

-I-

哈尔滨工业大学硕士学位论文

Abstract

FGH4096superalloyhasbecomeanimportantmaterialinaeroenginesdue

toitsexcellentroomtemperatureandhightemperaturemechanicalproperties.

However,inactualproduction,itisfoundthatafterthealloyisforgedintoashape,

itsmicrostructureuniformitydecreases,whichisnotconducivetothesafetyof

thematerialandtheservicelife.Comparedwithtraditionalnear-isothermal

forging,vacuumisothermalforgingcanmaintainaconstanttemperaturestatefor

alongtime,whichisconducivetoimprovingthemicrostructureuniformityofthe

alloy.Therefore,thevacuumisothermalforgin