粉末高温合金的等温锻与超塑性成形探究

粉末高温合金是制造航空发动机涡轮盘、叶片等的理想材料。铸锻铁、镍基高温合金难免出现成分偏析，组织结构不均匀，粉末高温合金可避免这一点。不仅可改善和提高性，而且由于粉末高温合金晶粒细小，很容易实现超塑性。

高温合金粉末主要采取真空雾化，氩气雾化和旋转电极雾化方法生产。表5-5-20给出了几种高温合金粉末的化学成分。

高温合金粉末致密化成形工艺主要采取如图5-5-33所示的三种工艺方法。三种制坯工艺方法中热挤压最好，其次是热等静压加锻造，最次是热等静压。由于热挤压可完全破碎枝晶和粉末颗粒边界（PPB），可获得完全再结晶组织，因此是最好的预成形坯制造工艺，然而由于高温热挤压的模具磨损严重，生产中不易采用。

表5-5-17 两种工艺粉末锻W18Cr4V高速钢车刀性能

表5-5-18 M2高速钢粉末化学成分

表5-5-19 M2粉末锻件力学性能

表5-5-20 几种高温合金粉末的化学成分 （质量分数，%）(www.xing528.com)

图5-5-33 高温合金粉末的三种致密化成形工艺示意图

Rene’95粉末高温合金涡轮盘，采取热等静压加锻造的制坯工艺。具体工艺是将Rene’95粉末装入不锈钢套，在300℃/10^-3Pa的真空条件下脱气封焊。在1050℃/3h/AC预处理，然后在1120℃/112.5MPa/3h热等静压，密度可达8.28g/cm³（相对密度为99.04%），经45%镦粗预变形，获得预成形坯，再进行等温锻或超塑性模锻成形涡轮盘。该工艺方法变形均匀，可充分破碎原始粉末颗粒边界（PPB）。

Rene’95粉末高温合金在1050～1100℃，应变速率为10^-3～10^-4s^-1，晶粒直径小于10_μm条件下，可实现超塑性，此时m值大于0.3。对于IN-100合金在1040℃，应变速率为10^-2～10^-3s^-1条件下可实现超塑性，伸长率可达1300%。

对于GH95合金，当晶粒直径小于10μm，在950～1100℃，应变速率为10^-2～10^-3s^-1的条件下，可进入超塑性状态，该条件下伸长率可达726%。

对于经热等静压后的粉末FGH95合金，锻造的最佳温度为1050～1150℃，允许最大锻造变形量（镦粗）为45%。同时该合金对变形速度很敏感，当压机压下速度为50mm/s时，流动应力为157MPa；当压下速度降低到1mm/s时，流动应力只有39MPa。因此该合金即使不采取等温超塑性成形，也应该在较高温度，较低的应变速率下锻造。

粉末高温合金已成功地应用制造飞机发动机的涡轮盘、压气机盘、压气机转子和叶片等耐高温零件，其高温持久强度、蠕变性能均优于普通铸锻高温合金性能。例如粉末等温锻叶片的疲劳强度比一般锻造棒坯叶片的疲劳强度高20%左右。