近年來(lái)，隨著先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的不斷提高，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤(pán)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(pán)材料，合金化程度非常高，鋁和鈦元素含量之和高達(dá)7.5%，主要強(qiáng)化相γ′數(shù)量高達(dá)40%左右，從而使其具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和較高的使用溫度，可主要用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)750℃以下使用的高性能渦輪盤(pán)鍛件，也可應(yīng)用到新一代戰(zhàn)略導(dǎo)彈和大推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力裝置中。美國(guó)已經(jīng)將該合金作為高性能渦輪盤(pán)用于BR700、EJ200、AE2100、AE3007、T406及T800等先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(dǎo)致合金熱加工塑性惡化，同時(shí)組織對(duì)熱變形參數(shù)敏感。因此要得到具有均勻細(xì)晶組織的盤(pán)件非常困難，這就使得渦輪盤(pán)件的力學(xué)性能穩(wěn)定性得不到保障。為了選擇最佳的GH4720Li合金盤(pán)鍛件鍛造工藝以得到均勻的細(xì)晶組織，科研人員將物理模擬與數(shù)值模擬相結(jié)合，通過(guò)與普通鍛造工藝對(duì)比，研究了等溫鍛造工藝對(duì)GH4720Li合金盤(pán)鍛件的溫度、應(yīng)力場(chǎng)分布等參數(shù)的影響，并通過(guò)實(shí)際盤(pán)鍛件的鍛造進(jìn)行驗(yàn)證。

試驗(yàn)用GH4720Li合金材料由真空感應(yīng)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(xué)成分見(jiàn)表１（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。鋼錠經(jīng)過(guò)高溫均勻化工藝處理后，采用復(fù)合軟包套工藝在2000t快鍛機(jī)上進(jìn)行保溫鍛造開(kāi)坯，最終得到表面質(zhì)量良好的Φ130mm棒材。金相觀(guān)察結(jié)果表明：低倍組織均勻一致、潔凈致密；GH4720Li合金鑄錠經(jīng)過(guò)鍛造開(kāi)坯變形之后，粗大的柱狀樹(shù)枝晶組織得到充分破碎，棒材平均晶粒度達(dá)到ASTM6-ASTM7級(jí)。

表1?試驗(yàn)合金的化學(xué)成分%

為了解GH4720Li合金變形組織與溫度、應(yīng)變等參數(shù)的關(guān)系，需進(jìn)行物理模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)采用MTS試驗(yàn)機(jī)進(jìn)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(shí)兩端涂抹玻璃潤(rùn)滑劑，加熱到變形溫度后保溫10min后變形，變形結(jié)束后水冷凍結(jié)組織?；谏鲜鑫锢砟M結(jié)果，利用DEFORM有限元軟件對(duì)盤(pán)件鍛造過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，從而了解不同鍛造工藝對(duì)盤(pán)件溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、載荷等參數(shù)的影響規(guī)律。

實(shí)際鍛造工藝試驗(yàn)在500t液壓機(jī)上進(jìn)行，用來(lái)驗(yàn)證鍛造工藝對(duì)盤(pán)件組織的影響。物理模擬和實(shí)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(duì)其微觀(guān)組織進(jìn)行觀(guān)察分析。試驗(yàn)結(jié)果：

GH4720Li合金的變形抗力及再結(jié)晶組織受溫度和應(yīng)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(pán)件溫度場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的分布均勻性，并有利于盤(pán)件端面的展開(kāi)，同時(shí)減小設(shè)備載荷。

等溫鍛造工藝可以有效提高GH4720Li合金渦輪盤(pán)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(xì)晶盤(pán)鍛件的最佳制備工藝。

?