博一建材讯：近年来，随着先进航空发动机推重比的不断提高，对发动机涡轮盘用材的组织与性能要求也越发苛刻。GH4720Li合金是一种新型高性能难变形涡轮盘材料，合金化程度非常高，铝和钛元素含量之和高达7.5%，主要强化相γ′数量高达40%左右，从而使其具有优异的高温力学性能和较高的使用温度，可主要用于制造航空发动机750℃以下使用的高性能涡轮盘锻件，也可应用到新一代战略导弹和大推力火箭发动机动力装置中。美国已经将该合金作为高性能涡轮盘用于BR700、EJ200、AE2100、AE3007、T406及T800等先进航空发动机上。
但随着大量金属元素的加入以及γ′相数量的增加，GH4720Li需要在γ′+γ两相区变形，这也导致合金热加工塑性恶化，同时组织对热变形参数敏感。因此要得到具有均匀细晶组织的盘件非常困难，这就使得涡轮盘件的力学性能稳定性得不到保障。为了选择最佳的GH4720Li合金盘锻件锻造工艺以得到均匀的细晶组织，科研人员将物理模拟与数值模拟相结合，通过与普通锻造工艺对比，研究了等温锻造工艺对GH4720Li合金盘锻件的温度、应力场分布等参数的影响，并通过实际盘锻件的锻造进行验证。
试验用GH4720Li合金材料由真空感应熔炼（VIM）加真空自耗重熔（VAR）双联工艺熔炼而成，钢锭直径为Φ406mm，其化学成分见表１（质量分数）。钢锭经过高温均匀化工艺处理后，采用复合软包套工艺在2000t快锻机上进行保温锻造开坯，最终得到表面质量良好的Φ130mm棒材。金相观察结果表明：低倍组织均匀一致、洁净致密；GH4720Li合金铸锭经过锻造开坯变形之后，粗大的柱状树枝晶组织得到充分破碎，棒材平均晶粒度达到ASTM6-ASTM7级。
表1 试验合金的化学成分%
C
S
P
Cr
W
Mo
Al
Ti
Co
B
Zr
Ni
0.01
0.001
0.004
16.2
1.17
2.86
2.32
4.82
14.08
0.01
0.03
余量
为了解GH4720Li合金变形组织与温度、应变等参数的关系，需进行物理模拟试验，试验采用MTS试验机进行等温压缩变形，试样尺寸为Φ14mm×20mm的圆柱，均取自棒材的等直径处，以保证组织一致。变形温度分别为1100、1130、1150、1170℃；变形速率分别为0.5、0.1、0.01ｓ－１；变形量分别为10%、30%、50%、70%。所有样品变形时两端涂抹玻璃润滑剂，加热到变形温度后保温10min后变形，变形结束后水冷冻结组织。基于上述物理模拟结果，利用DEFORM有限元软件对盘件锻造过程进行数值模拟，从而了解不同锻造工艺对盘件温度场、应力场、载荷等参数的影响规律。
实际锻造工艺试验在500t液压机上进行，用来验证锻造工艺对盘件组织的影响。物理模拟和实际锻造试样经磨制、抛光、电解腐蚀后，采用LEICAMEF4A定量显微图像仪，对其微观组织进行观察分析。试验结果：
GH4720Li合金的变形抗力及再结晶组织受温度和应变影响较明显。
相比普通锻造，等温锻造工艺可以有效提高GH4720Li合金涡轮盘件温度场和应变场的分布均匀性，并有利于盘件端面的展开，同时减小设备载荷。
等温锻造工艺可以有效提高GH4720Li合金涡轮盘件的组织均匀性，消除冷模组织，提高表面质量，是制备难变形合金GH4720Li细晶盘锻件的最佳制备工艺。
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