高温合金变形程度的确定方法

1.确定高温合金变形程度的原则

高温合金由于合金化程度高，导致变形温度范围狭窄，没有多大的调整余度，另外，高温合金没有同素异构转变，合金的晶粒度主要受锻压变形控制。因此，在变形温度确定之后，变形程度的选择就是非常重要的了。在一定的锻造温度下，每一加热火次的变形量应大于临界变形程度并小于第二个晶粒长大区相应的变形程度。在满足工艺塑性和工序安排（预锻）要求的前提下，每一次变形应深透和均匀，尽力避免不均匀变形，否则会产生带状粗晶和局部粗晶。高温合金的粗晶有一定的遗传顽固性，当前一次不均匀变形产生的粗晶，在紧接的变形中变形程度没有达到足够大时，是难以改变的。为了得到满意的组织和性能，在终锻变形时，应取较低的加热温度，较大的变形程度，利用沉淀相来控制组织，改善晶粒大小和晶界状态。

除了晶粒度外，晶界状态也是重要的组织因素。从晶界强韧化的观点出发，晶界组织控制有下列规律：

1）晶界缺少沉淀相，容易成为裂纹的通道。

2）晶界上均匀分布有粗大的γ′相与碳化物，对合金晶界强韧化有益。

3）晶界贫化区内存在着应力松弛部位，可使切变抗力减小、应变集中的区域扩大，因此，当晶界强度过高时，贫化区起有益的作用。

4）晶界上形成连续的薄膜状碳化物相会使合金产生缺口敏感。

5）晶界上有胞状碳化物形成时，对合金晶界强韧化有不利影响。

所以，除了合理的热处理制度外，在锻造过程中，通过合理的分配变形量，特别是加大最后一火次的终锻变形程度，对改善晶界状态，晶粒与晶界强度的匹配，获得良好的组织性能，无疑是非常重要的了。

2.临界变形粗晶的形成和消除

一般变形高温合金对临界变形比较敏感，临界变形程度通常在较大范围内变化（0.5%～20%），其具体数值随合金而异，同一合金不同加热温度其临界变形程度也不同，例如GH4049合金总的临界变形程度为0.1%～7%，1150℃时为4%～7%，1180℃时为0.1%～3%，GH4220合金总的临界变形程度为0.6%～4.7%，但是不同锻造温度的临界变形程度、最大晶粒处的变形程度和最大临界变形粗晶直径都不尽相同，见表2-3-18。临界变形粗晶直径比正常晶粒要大几个数量级，最大的10mm，最小的1mm，见图2-3-21。

表2-3-18 GH4220合金不同变形温度下的临界变形程度和粗晶状况

根据文献[7]的研究结果，高温合金的临界变形粗晶是由临界变形区原始晶粒直接长大形成的（未经过再结晶）。晶粒长大的最初驱动力是晶界两侧的畸变能差，晶界向畸变能大的一侧迁移。该区的晶粒长大到一定程度后，与周围的一些小晶粒相比，界面曲率（界面能）较小，于是界面曲率又成为第二个驱动力，它促使大晶粒吞并小晶粒继续长大，最终形成临界变形粗晶。消除临界变形粗晶的主要途径是控制变形条件，包括合适的变形温度、较大的变形程度和良好的润滑条件等。此外，锻后趁热立即进行短时间的退火处理，减小临界变形区的畸变能差，以控制粗晶区的尺寸。(www.xing528.com)

3.变形程度对高温合金组织性能影响的实例

变形程度对GH738合金抗拉性能的影响，如图2-3-22所示。由图可见，当变形温度和热处理温度（锻造温度：1121℃；热处理温度：1010℃，4h，油淬；843℃，4h，空冷；760℃，16h，空冷）一定时，GH738合金的抗拉强度指标在某一最小变形程度下出现有峰值，而在变形程度约大于50%时，抗拉强度数据分散度大，因为产生绝热加热，使终锻温度升高，可能引起强度下降。这种现象发生的可能性随锻造温度的降低而增加。

由上所述可见，为了使高温合金锻件晶粒均匀细小和锻后组织中保留胞状位错网络，锻造加热温度应取在晶粒急剧长大温度之下，终锻温度应接近γ′相溶解温度，采用40%～70%的大变形。

图2-3-21 GH220合金临界变形粗晶

图2-3-22 变形程度对GH738合金抗拉性能的影响

高温合金饼坯或盘件锻造时，由于锻造工艺参数选择不当和摩擦的影响，饼坯或盘件中的变形是不均匀的。

为了控制饼坯或盘件的晶粒度，首先应控制锻造加热温度。当锻造加热温度处在混合晶区和粗晶区范围（见图2-3-23）内时，为了得到细晶组织的锻件，锻造所需变形量就要大（见图2-3-24）。例如，GH901合金的原始晶粒度为1～2级，在1100℃锻造时，欲获得4～5级晶粒度的锻件，一火的变形量需控制在45%～70%。

图2-3-23 加热温度和晶粒度的关系

图2-3-24 变形程度和晶粒度的关系