組織和力學(xué)性能經(jīng)等溫鍛造后金相組織如1所示，其晶粒度為ASTM=10級(jí)。微觀組織晶粒均勻、沒(méi)有出現(xiàn)混晶組織，說(shuō)明本試驗(yàn)方案可獲得組織均勻細(xì)小的鍛件。由中可見(jiàn)，其晶界存在大量的δ相，而且大多呈顆粒狀或短棒狀;晶內(nèi)有少量的顆粒狀δ相分布，說(shuō)明δ相的形核還在繼續(xù)，而且可以發(fā)現(xiàn)表現(xiàn)的γ″δ轉(zhuǎn)變的痕跡。呈顆粒狀或短棒狀分布于晶界的δ相使基體晶粒的晶界強(qiáng)化，這是提高抗拉性能的原因之一。由于鍛造過(guò)程中析出相對(duì)晶界的“釘扎”作用，阻礙晶界遷移、阻止晶粒的長(zhǎng)大，從而細(xì)化晶粒。晶粒細(xì)小、組織均勻是試樣具有高強(qiáng)度的另一個(gè)主要原因。
經(jīng)近等溫鍛造工藝鍛造的IN718合金的力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別如下：20℃拉伸，抗拉強(qiáng)度1480MPa，屈服強(qiáng)度1240MPa，伸長(zhǎng)率16%，斷面收縮率32%;650℃拉伸，抗拉強(qiáng)度1180MPa，屈服強(qiáng)度1040MPa，伸長(zhǎng)率30%，斷面收縮率70%。將各種性能數(shù)據(jù)與表1中所列相應(yīng)指標(biāo)相比，可見(jiàn)采用本文提出的近等溫鍛造工藝不僅可以保證IN718合金鍛件的力學(xué)性能指標(biāo)達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求，而且全部指標(biāo)都超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)很多：試樣抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度比指標(biāo)高100MPa;塑性參數(shù)，伸長(zhǎng)率和斷口收縮率提高幅度更大，表現(xiàn)為優(yōu)越的塑性。
鍛造過(guò)程數(shù)值模擬由2和表2可知，鍛件幾何尺寸模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相差0.2%～5.3%之間，平均誤差2.1%，鼓肚部位的模擬最接近試驗(yàn)結(jié)果。
鍛造試驗(yàn)中設(shè)備實(shí)際載荷與數(shù)值模擬所需載荷比較見(jiàn)3和表2，設(shè)備載荷的模擬結(jié)果比試驗(yàn)結(jié)果要小一些，峰值載荷最大相差63.485kN，說(shuō)明使用此模擬系統(tǒng)來(lái)預(yù)測(cè)試驗(yàn)的設(shè)備載荷是可行的。隨著鍛造過(guò)程的進(jìn)行，鍛件發(fā)生加工硬化，因此液壓機(jī)噸位承上升趨勢(shì)。
由4可知，圓柱形毛坯的最大鍛造載荷為50200kN，而選用環(huán)形毛坯最大鍛造載荷為36700kN，相差13500kN。在鍛造載荷比較穩(wěn)定的臺(tái)階階段，環(huán)形毛坯的載荷為15000kN左右，而圓柱形毛坯的鍛造載荷約為18000kN左右，可見(jiàn)環(huán)形毛坯可以節(jié)約能量。
模擬鍛造過(guò)程中形成的缺陷見(jiàn)5所示。試件損傷主要集中在鼓肚部位，實(shí)際鍛造過(guò)程中試樣在鼓肚部位確實(shí)出現(xiàn)了褶皺、開(kāi)裂的現(xiàn)象。
鍛造工藝參數(shù)，如鍛造溫度、變形量、應(yīng)變速率都會(huì)造成此類缺陷，因此合理的預(yù)測(cè)鍛造缺陷，并反饋為鍛造工藝參數(shù)，開(kāi)展試驗(yàn)，有利于節(jié)約能源、推動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)程。從比較結(jié)果中可以看出，此模擬系統(tǒng)對(duì)于試驗(yàn)的過(guò)程中變形量與成形件幾何尺寸、設(shè)備載荷以及材料損傷情況的模擬與試驗(yàn)結(jié)果吻合。因此，可以用來(lái)模擬渦輪盤的成形過(guò)程，用以指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。
結(jié)論(1)采用本文所提出的等溫鍛造工藝在液壓機(jī)上鍛造IN718合金，可獲得晶粒度ASTM10級(jí)的均勻組織，且拉伸性能滿足IN718鍛件技術(shù)要求。(2)模擬系統(tǒng)對(duì)于試驗(yàn)的過(guò)程中變形量與成形件幾何尺寸、設(shè)備載荷以及材料損傷情況的模擬與試驗(yàn)結(jié)果吻合，說(shuō)明本文IN718合金材料模型的建立具有一定的優(yōu)越性。
