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1、高温合金铸锭均匀化开坯工艺制定依据及优化控制原则 超大型与复杂型高温合金构件需求量的增加,节能减排政策与环 境法规压力的施加,对高温合金生产流程中每个环节的经济性与质量 可靠性都提出更加严苛的要求。均匀化与开坯工艺作为生产流程中 “承上启下” 的环节,但由于研究与生产经验不足,导致均匀化高耗能 与开坯低成材率问题凸显。因此,研究均匀化与开坯过程中组织演变 规律以及两者关联性,探究均匀化开坯控制原则与优化工艺,对均匀 化开坯工艺经济性与可靠性的提高,乃至高温合金构件质量与经济性 的提高具有重要理论与工程指导意义。 首先系统研究了不同合金、铸 锭尺寸、偏析元素与熔炼浇注工艺对偏析行为的影响。 提出
2、了元素偏 析度概念 K= KC,当 K较大时,组织偏析严重,且偏析相多, 可考虑二段式均匀化制度;当 K较小时,组织偏析较轻,无偏析相,可 考虑一段式均匀化制度。 进而研究不同合金在均匀化不同阶段偏析与 组织的演变规律,前期的快速下降区,残余偏析系数下降快,但尚存枝 晶偏析,后期的平稳区虽枝晶偏析基本消除,但晶粒尺寸与氧化层快 速增长。依此提出了均匀化控制原则:平稳区前阶段应为均匀化优选 范围,均匀化时间不宜过短,下限为保证组织偏析消除,上限为应避免 晶粒尺寸与氧化层快速增长,均匀化时间不可过长。同时系统阐述了 均匀化程度对动态再结晶及变形抗力的影响规律,关联分析均匀化过 程组织演变与热变形行
3、为的互影响关系,提出均匀化开坯控制原则: 平稳区前阶段为同时兼顾均匀化偏析与组织、 热变形组织与性能的最 优选范围,此时高温塑性高,变形抗力低,再结晶程度高。进而揭示了 开坯锻棒均匀细晶组织热变形后仍保持均匀细晶的热变形机制,从而 进一步说明了均匀化开坯工艺优化得到最终均匀细晶锻棒对后续热 锻环节的重要性。 进一步通过建立开坯过程中开裂预测模型和再结晶 模型并经双锥实验验证其准确性,引入开裂系数 P,耦合有限元计算, 定量预测不同热加工参数对开裂倾向、 开裂位置、再结晶体积分数及 再结晶晶粒尺寸的影响规律。可提供更为合理的开坯工艺制定依据, 进而提高开坯可靠性。 基于对提高再结晶形核控制晶粒尺寸和缩短枝 晶间距加快元素扩散的系统研究。提出了经济型均匀化开坯工艺,将 优选范围前移至慢速下降区末段与平稳区前段,可显著缩短均匀化时 间。同时提出了预变形均匀化开坯工艺,小变形量预变形缩短枝晶间 距促进元素扩散和动态再结晶,可大幅度缩短均匀化时间。从而为建 立经济可靠的均匀化开坯工艺提供理论和实验依据。总之,本文通过 大量实验,分析了合金铸锭偏析行为、均匀化过程中材料特征演变规 律以及均匀化程度对热变形行为的影响。 在讨论分析工艺间关联性基 础上,建立了开坯开裂预测模型和再结晶模型,提出了均匀化开坯的 优化控制原则,为完善高温合金铸锭的均匀化开坯评价体系提供了实 验和理论依据。