镍基高温合金（GH2907）材质标准

前言

GH2907合金是以Nb、Ti为主要强化元素的时效型铁钴镍基低膨胀合金，在650℃以下具有很高的强度，低的膨胀系数，良好的热疲劳性能和几乎恒定的弹性模量。采用低膨胀GH2907合金做薄壁静子结构部件，减小涡轮发动机旋转部件与固定部件之间的间隙，可以节省耗油率约2%,大幅度降低能源消耗²。受材料本身特性的影响，组织细化难度大，合金的探伤杂波水平一直较高。近几年来，随着新机型的上马，GH2907合金的年需求量急速飙升。因此不断优化锻造工艺，保证锻棒组织均匀细化一直是GH2907合金棒材锻造努力的方向。本文通过对不同锻造工艺生产的GH2907合金棒材进行组织分析，得出最佳的GH2907合金锻造生产工艺。

1 试验材料和方法

采用双真空工艺生产的GH2907合金φ508mm自耗锭共三炉，钢锭首先进行均匀化高温扩散，随后在3150t快锻机上开坯成φ280mm棒坯，在1800t精锻机加热炉分别按照A、B、C(A<B<C)三种制度进行加热，加热时间均为1h40min,一火开坯成φ225mm棒材，随后车光成φ(210±1)mm棒材进行低倍、高倍组织和探伤检验。横向低倍经过车光、精磨，粗糙度达到Ra 0.8μm,用工业硫酸铜腐蚀后目视法进行低倍组织检验。横低倍检验完后，按照如图1所示的位置用砂轮片切取纵低倍，纵低倍精磨后，粗糙度为Ra 0.8μm,同样用工业硫酸铜腐蚀后用目视法进行低倍组织检验。在横低倍上边缘、1/2半径以及中心切取15mm×15mm×15mm的金相试样，用1.5g硫酸铜溶液腐蚀1min,在AXTO-VERT40 MAT型光学显微镜下进行晶粒度评级。探伤采用的是CTS-22型超声波探伤仪，探伤频率φ2.5MHz。三种制度对应采用钢锭的化学成分见表1。

2试验结果与讨论

2.1横向低倍组织情况对比

从图1所示的横向低倍情况可以看出，宏观上讲，A制度生产的棒材心部组织细小，边缘有将近50mm厚的粗晶层，B制度生产的棒材整体上晶粒组织均匀细小，C制度生产的棒材整体上晶粒组织均匀，但是较B制度生产的棒材组织粗大。

2.2 纵向低倍组织情况的比较

从图2所示的纵向低倍组织，A制度生产的试样边缘组织粗大，均为拉长的未再结晶组织，中心部位为细小的等轴晶粒，1/2半径靠边缘部位混晶严重，而且粗细晶区域之间界限明显，几乎没有过渡。通过分析可知，表面的粗晶层是由于在再结晶温度以下冷变形造成的轴向拉长和异常长大，受精锻机变形特点的影响，精锻机的锻造力无法完全传递到棒材心部，主要是表面变形，而从A制度生产的棒材纵向试样组织情况可以初步判断，精锻机在锻造φ265mm成品棒材时，变形层的深度基本在60mm左右。

2.3 晶粒组织情况对比

对A、B、C三种制度生产的低倍片进行解剖，观察横向和纵向晶粒组织，B制度和C制度的晶粒基本完全再结晶，并且比较均匀，B制度生产的棒材晶粒度在6.0级左右，C制度生产的棒材晶粒度在4.0级左右。A制度生产棒材不同部位晶粒组织变化较大，从图3可以看出，A制度生产的棒材边缘50～70mm厚的部分全部在动态的结晶状态锻造成型，晶粒完全没有回复，部分区域因巨大的应力集中造成晶粒的不均匀异常长大；中心区域晶粒度细小均匀，可以达到8级等轴晶晶粒组织，所以根据精锻机的变形特点，基本可以确定精锻坯料在990℃保温条件下晶粒未长大，仍然很细。

2.4探伤情况对比

对A、B、C三种制度生产的棒材进行超声波探伤检测，结果如表2所示，从结果可以看出，探伤杂波的实际水平和棒材的晶粒组织有很好的对应关系，说明探伤过程中发现的组织杂波主要受晶粒度尺寸的影响。同时采用B制度生产的棒材探伤实物水平达到φ2.0平底孔当量，优于标准φ2.5平底孔当量要求。

3 结论

GH2907合金的探伤杂波主要受晶粒度尺寸的影响。

采用A制度加热生产，棒材心部组织细小，表面由于温度低，未完成动态再结晶，会形成粗晶层；采用C制度加热生产，由于温度超过了GH2907合金的晶粒度快速长大温度，精锻生产后晶粒无法完全细化；采用B制度生产工艺生产的GH2907合金棒材可以保证整个横截面组织均匀，细小，探伤可以达到φ2.0平底孔当量，完全满足标准要求。