技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于鍛造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種通過調(diào)控變形溫度細化鎳基合金鍛件晶粒組織的方法。

背景技術(shù)：
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鎳基合金是一種以γ"相(ni3nb)為主要強化相，γ'相(ni3alti)為輔助強化相的鎳基高溫合金。因其在-253℃～700℃溫度范圍內(nèi)具有良好綜合性能，特別是在650℃下具有高強度、耐高溫、抗腐蝕、抗氧化，以及良好的抗蠕變和抗疲勞性能，被廣泛應(yīng)用于制造高品質(zhì)的航空發(fā)動機零部件。

熱鍛造變形工藝是獲得均勻且細小晶粒組織的鎳基合金鍛件的重要途徑。在熱鍛造變形過程中，動態(tài)再結(jié)晶是一種重要的晶粒細化機制。研究表明，鎳基合金發(fā)生完全動態(tài)再結(jié)晶時需要較高的變形溫度。當(dāng)變形溫度較低時，發(fā)生不完全的動態(tài)再結(jié)晶將無法得到均勻的細晶組織，同時混晶的存在嚴(yán)重影響了材料的綜合性能。當(dāng)變形溫度較高時，雖然能夠發(fā)生完全動態(tài)再結(jié)晶，但在變形后期容易誘發(fā)動態(tài)再結(jié)晶晶粒長大，使得晶粒組織粗化，不能達到預(yù)期的細化晶粒效果。因此，急需發(fā)明一種能以相對較小的變形溫度獲得細化的鎳基合金晶粒組織的新方法。

目前，在已公開的細化鎳基合金晶粒組織制坯的方法中，大多數(shù)通過將合金坯料在高溫下多次鐓粗和拔長來達到細化晶粒的目的。這種工藝相當(dāng)復(fù)雜，工序較多，加工成本高昂，且能源損耗大。因此，有必要提出一種低成本、低耗能的方法達到細化鎳基合金鍛件晶粒組織的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供一種調(diào)控變形溫度細化鎳基合金鍛件晶粒組織的方法，該方法可以有效地通過調(diào)控變形溫度細化鎳基合金鍛件晶粒組織，解決了現(xiàn)有細化鎳基合金鍛件晶粒組織高成本、高耗能的難題。

本發(fā)明解決上述難題的方案是：

步驟1：將鎳基合金鍛坯進行固溶處理，其固溶溫度為1040℃～1060℃，固溶時間為40min～65min，然后淬火；

步驟2：對固溶處理的鎳基合金鍛坯進行塑性變形，其應(yīng)變速率為0.001s^-1～0.1s^-1，首先將鍛坯加熱至變形溫度1030℃～1050℃，待保溫至鍛坯溫度均勻后開始變形，該變形過程包括兩個階段，第一階段的變形量為20％～40％，變形結(jié)束時將變形溫度降至950℃～1010℃，待保溫至鍛坯溫度均勻后開始第二階段變形，鍛坯在兩個階段的總變形量為60％～70％；

步驟3：變形結(jié)束后，立即將鍛件進行淬火。

本發(fā)明的有益效果為：該方法充分利用了變形儲能—動態(tài)再結(jié)晶的相互作用機制，采用變形溫度先高后低的兩階段變形，既保證了完全動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生，也限制了動態(tài)再結(jié)晶晶粒長大。其原理為：第一階段高變形溫度使得鍛件內(nèi)部產(chǎn)生大量的動態(tài)再結(jié)晶晶核，然后合理降低第二階段變形溫度，使晶界流動速率降低，從而有效地抑制動態(tài)再結(jié)晶晶粒長大。同時，隨著變形程度的增加，動態(tài)再結(jié)晶形核繼續(xù)發(fā)生，最終在相對較低的變形溫度下實現(xiàn)鎳基合金的完全動態(tài)再結(jié)晶，從而達到晶粒細化的目的。

附圖說明：

圖1鎳基合金鍛坯固溶處理后的晶粒組織；

圖2實施例1的變形溫度—應(yīng)變曲線；

圖3實施例1采用調(diào)控變形溫度工藝獲得的鎳基合金鍛件的晶粒組織；

圖4對比實驗采用恒溫工藝獲得的鎳基合金鍛件的晶粒組織：(a)變形溫度為1040℃；(b)變形溫度為980℃；

圖5實施例2的變形溫度—應(yīng)變曲線；

圖6實施例2采用調(diào)控變形溫度工藝獲得的鎳基合金鍛件的晶粒組織。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖和具體實施案例對本發(fā)明進行詳細說明。

本發(fā)明為一種通過調(diào)控變形溫度細化鎳基合金鍛件晶粒組織的方法，實施案例中使用的商用鎳基合金坯料的成分如表1所示，其固溶處理后晶粒組織如圖1所示，通過截面法可測得固溶處理后晶粒尺寸為75μm，需要經(jīng)過鍛造變形細化晶粒。

表1本發(fā)明實例中所用材料鎳基合金成分(wt.％)

實施例1

步驟1：將鎳基合金鍛坯進行固溶處理，其固溶溫度為1040℃，固溶時間為45min，然后水淬，得到的晶粒組織如圖1所示；

步驟2：對固溶處理的鎳基合金鍛坯進行塑性變形，其應(yīng)變速率為0.01s^-1，首先將鍛坯加熱至變形溫度1040℃，待保溫至鍛坯溫度均勻后開始變形，該變形過程包括兩個階段，第一階段的變形量為20％(真應(yīng)變0.22)，變形結(jié)束時以5℃/s的冷卻速率將變形溫度降至980℃，待保溫至鍛坯溫度均勻后開始第二階段變形，鍛坯在兩個階段的總變形量為70％(真應(yīng)變1.2)，實施例1的變形溫度與應(yīng)變的關(guān)系如圖2所示；

步驟3：變形結(jié)束后，立即將鍛件進行火冷。

對變形后的鎳基合金鍛件進行金相觀察，結(jié)果如圖3所示。為證明本發(fā)明方法的可行性，對比圖3和圖1可知，本發(fā)明方法可以通過調(diào)控變形溫度細化了鎳基合金鍛件的晶粒組織。為進一步證明本發(fā)明方法的優(yōu)越性，進行了對比實驗，對比實驗所選用的應(yīng)變速率和總變形量與本發(fā)明實施例1相同，區(qū)別在于對比實驗是在恒定變形溫度(1040℃或者980℃)下完成整個變形過程。圖4(a)所示為以恒定變形溫度1040℃變形至總變形量70％(真應(yīng)變1.2)獲得的晶粒組織；圖4(b)所示為以恒定變形溫度980℃變形至總變形量70％(真應(yīng)變1.2)獲得的晶粒組織。對比圖3和圖4可知，實施例1通過調(diào)控變形溫度得到的晶粒組織與以恒定變形溫度1040℃變形至總變形量70％得到的晶粒組織非常接近，幾乎發(fā)生了完全的動態(tài)再結(jié)晶，晶粒組織得到明顯的細化，而且實施例1中第二階段的變形溫度只有980℃，有效地節(jié)約了能耗。此外，以恒定變形溫度980℃變形至總變形量70％得到的晶粒組織，動態(tài)再結(jié)晶程度不充分，出現(xiàn)了明顯的混晶現(xiàn)象，未達到預(yù)期細化晶粒的效果。因此，對比實驗證明了本發(fā)明提供的方法具有優(yōu)越性。

實施例2

步驟1：將鎳基合金鍛坯固溶處理，其固溶溫度為1040℃，固溶時間為45min，然后淬火，得到的晶粒組織如圖1所示；

步驟2：對固溶處理的鎳基合金鍛坯進行塑性變形，其應(yīng)變速率為0.01s^-1，首先將鍛坯加熱至變形溫度1040℃，待保溫至鍛坯溫度均勻后開始變形，該變形過程分為兩個階段，第一階段的變形量為40％(真應(yīng)變0.51)，變形結(jié)束時以5℃/s的冷卻速率將變形溫度降至980℃，待保溫至鍛坯溫度均勻后開始第二階段變形，鍛坯在兩個階段的總變形量為70％(真應(yīng)變1.2)，實施例2的變形溫度與應(yīng)變的關(guān)系如圖5所示；

步驟3：變形完成后，立即將鍛件進行淬火。

對變形后的鎳基合金鍛件進行金相觀察，結(jié)果如圖6所示。為證明本發(fā)明方法的可行性，對比圖6和圖1可知，本發(fā)明方法可以通過調(diào)控變形溫度細化了鎳基合金鍛件的晶粒組織。為進一步證明本發(fā)明方法的優(yōu)越性，進行了對比實驗，對比實驗所選用的應(yīng)變速率和總變形量與本發(fā)明實施例2相同，區(qū)別在于對比實驗是在恒定變形溫度(1040℃或者980℃)下完成整個變形過程。圖4(a)所示為以恒定變形溫度1040℃變形至總變形量70％(真應(yīng)變1.2)獲得的晶粒組織；圖4(b)所示為以恒定變形溫度980℃變形至總變形量70％(真應(yīng)變1.2)獲得的晶粒組織。對比圖6和圖4可知，實施例2通過調(diào)控變形溫度得到的晶粒組織與以恒定變形溫度1040℃變形至總變形量70％得到的晶粒組織非常接近，發(fā)生了完全的動態(tài)再結(jié)晶，且動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸更加細小，對鍛坯晶粒組織的細化效果更加顯著。同時，實施例2中第二階段的變形溫度只有980℃，有效地節(jié)約了能耗。此外，以恒定變形溫度980℃變形至總變形量70％得到的晶粒組織，動態(tài)再結(jié)晶程度不完全，出現(xiàn)了明顯的混晶現(xiàn)象，未達到預(yù)期細化晶粒的效果。因此，對比實驗證明了本發(fā)明提供的方法具有優(yōu)越性。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實例進行了描述，但本發(fā)明不局限于上述具體的實施方式，上述的具體實施方式僅是示例性的，不是局限性的，任何不超過本發(fā)明權(quán)利要求的發(fā)明創(chuàng)造，均在本發(fā)明的保護之內(nèi)。