近年來，隨著先進航空發(fā)動機推重比的不斷提高，對發(fā)動機渦輪盤用材的組織與性能要求也越發(fā)苛刻。GH4720Li合金是一種新型高性能難變形渦輪盤材料，合金化程度非常高，鋁和鈦元素含量之和高達7.5%，主要強化相γ′數(shù)量高達40%左右，從而使其具有優(yōu)異的高溫力學性能和較高的使用溫度，可主要用于制造航空發(fā)動機750℃以下使用的高性能渦輪盤鍛件，也可應用到新一代戰(zhàn)略導彈和大推力火箭發(fā)動機動力裝置中。美國已經(jīng)將該合金作為高性能渦輪盤用于BR700、EJ200、AE2100、AE3007、T406及T800等先進航空發(fā)動機上。

但隨著大量金屬元素的加入以及γ′相數(shù)量的增加，GH4720Li需要在γ′+γ兩相區(qū)變形，這也導致合金熱加工塑性惡化，同時組織對熱變形參數(shù)敏感。因此要得到具有均勻細晶組織的盤件非常困難，這就使得渦輪盤件的力學性能穩(wěn)定性得不到保障。為了選擇最佳的GH4720Li合金盤鍛件鍛造工藝以得到均勻的細晶組織，科研人員將物理模擬與數(shù)值模擬相結合，通過與普通鍛造工藝對比，研究了等溫鍛造工藝對GH4720Li合金盤鍛件的溫度、應力場分布等參數(shù)的影響，并通過實際盤鍛件的鍛造進行驗證。

試驗用GH4720Li合金材料由真空感應熔煉（VIM）加真空自耗重熔（VAR）雙聯(lián)工藝熔煉而成，鋼錠直徑為Φ406mm，其化學成分見表１（質(zhì)量分數(shù)）。鋼錠經(jīng)過高溫均勻化工藝處理后，采用復合軟包套工藝在2000t快鍛機上進行保溫鍛造開坯，最終得到表面質(zhì)量良好的Φ130mm棒材。金相觀察結果表明：低倍組織均勻一致、潔凈致密；GH4720Li合金鑄錠經(jīng)過鍛造開坯變形之后，粗大的柱狀樹枝晶組織得到充分破碎，棒材平均晶粒度達到ASTM6-ASTM7級。

表1?試驗合金的化學成分%

為了解GH4720Li合金變形組織與溫度、應變等參數(shù)的關系，需進行物理模擬試驗，試驗采用MTS試驗機進行等溫壓縮變形，試樣尺寸為Φ14mm×20mm的圓柱，均取自棒材的等直徑處，以保證組織一致。變形溫度分別為1100、1130、1150、1170℃；變形速率分別為0.5、0.1、0.01ｓ－１；變形量分別為10%、30%、50%、70%。所有樣品變形時兩端涂抹玻璃潤滑劑，加熱到變形溫度后保溫10min后變形，變形結束后水冷凍結組織。基于上述物理模擬結果，利用DEFORM有限元軟件對盤件鍛造過程進行數(shù)值模擬，從而了解不同鍛造工藝對盤件溫度場、應力場、載荷等參數(shù)的影響規(guī)律。

實際鍛造工藝試驗在500t液壓機上進行，用來驗證鍛造工藝對盤件組織的影響。物理模擬和實際鍛造試樣經(jīng)磨制、拋光、電解腐蝕后，采用LEICAMEF4A定量顯微圖像儀，對其微觀組織進行觀察分析。試驗結果：

GH4720Li合金的變形抗力及再結晶組織受溫度和應變影響較明顯。

相比普通鍛造，等溫鍛造工藝可以有效提高GH4720Li合金渦輪盤件溫度場和應變場的分布均勻性，并有利于盤件端面的展開，同時減小設備載荷。

等溫鍛造工藝可以有效提高GH4720Li合金渦輪盤件的組織均勻性，消除冷模組織，提高表面質(zhì)量，是制備難變形合金GH4720Li細晶盤鍛件的最佳制備工藝。

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