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变形量分配对42crmo圆钢中晶粒组织的影响

作者: 发布于:2019/9/11 23:27:46 点击量:

42crmo圆钢是以Ni-Cr-Co为基的42crmo圆钢与苏联的ЭИ929合金成分相近,是我国最早研制成功的42crmo圆钢之一。42crmo圆钢以其良好的高温组织稳定性和优良的高温综合性能广泛用于制造900℃工作的涡轮叶片。但是,42crmo圆钢是一种典型的难变形42crmo圆钢Al、Ti含量高达5.17%~6.35%,可锻性很差,锻造难度大,在叶片锻件生产过程中,经常出现表面局部粗晶缺陷,其中叶背表面粗晶问题最为突出,长期以来得不到很好解决,成为困扰叶片生产厂家的难题之一。

晶粒度是42crmo圆钢的重要组织参数,与材料加工工艺密切相关,对锻件的力学性能有很大影响。为了获得42crmo圆钢叶片高的持久强度和蠕变性能,要求具有均匀而略微粗大的晶粒组织。但是,叶片锻件形状复杂,叶身型面薄,在锻造过程中叶身处金属不易流动,容易落入临界变形区形成局部的表面粗晶。临界变形是42crmo圆钢锻件产生局部粗晶的主要原因,因此在42crmo圆钢叶片锻造过程中合理分配变形量避开临界变形区是非常重要的。科研人员研究预锻和终锻变形量的分配对42crmo圆钢组织中晶粒组织演化的影响规律,旨在为预防和消除生产中42crmo圆钢叶片锻件的表面局部粗晶提供理论和试验依据。

试验材料为φ280mm的42crmo圆钢其原始组织为等轴组织。晶粒尺寸大体分为两类,40μm左右和10μm左右的晶粒各占1/2。

42crmo圆钢叶片锻造工艺流程中预锻和终锻工序涉及到变形量的分配问题。研究人员设计预锻、终锻2火次锻造试验,共计8组。预锻变形量分配为15%、15%、15%、25%、25%、25%、35%及35%;终锻变形量分配为25%、35%、45%、25%、35%、45%、25%及45%。

42crmo圆钢的坯料尺寸为φ280mm×400mm,加热采用分段加热的方式进行。坯料首先放入825℃的电阻炉中预热,保温时间按0.8min/mm计算,随后在10min内升温至锻造温度并保温,保温时间按0.6min/mm计算,其中预锻温度为1170℃、终锻温度为1175℃。

锻造设备为J53-300型双盘摩擦压力机,沿试样径向方向压缩,采用限位垫块来控制坯料的变形量。锻造前上、下平板模块利用预先加热的钢块预热到500℃左右。坯料不涂润滑剂,为消除氧化皮对下一次锻造的影响,预锻后在砂轮机上将坯料表面的氧化皮打磨干净。

42crmo圆钢锻造后采用的热处理制度为:1200℃×2h/AC+1050℃×4h/AC+950℃×2h/AC。在Olympus-PMG3卧式显微镜上观察金相试片并照相试验,采用截线法测量晶粒尺寸。试验结果如下:

(1)预锻和终锻2火次变形量分配对42crmo圆钢的晶粒组织有明显影响,当预锻变形量较小时,合金经终锻变形后,组织中极容易出现粗晶和晶粒不均匀现象。

(2)42crmo圆钢经较大的预锻变形及合理的终锻变形后,容易得到均匀的晶粒组织,因此建议预锻变形量在40%左右,终锻变形量应在30%以上。


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