罗恒军 谢 静 齐占福 程 槿 沈文涛 刘晓飞

(1.中国第二重型机械集团万航模锻厂，四川618013；2.机械科学研究总院，北京10083)

航空发动机是航空工业的“王冠”，其制造技术决定前着航空工业的发展水平。GH4169合金是航空发动机重要的结构材料，在工作中往往承受很高的蠕变载荷和交变应力，对组织和性能要求很高。但GH4169合金的组织和性能对热加工工艺参数非常敏感，要使批量生产的锻件质量保持稳定很困难。我们以九级涡轮盘作为研究对象，结合有限元模拟分析，通过对涡轮盘锻件内部晶粒度的分析，确定锻件饼坯高度和轮缘高度对锻件晶粒度的影响，以提高对GH4169合金锻件质量的控制能力。

1 数值模拟分析

九级涡轮盘的轴截面如图1所示。为了较直观描述锻件的整个成形过程，我们选取锻件轴截面不同区域共6个关键点作为研究点，以研究不同的工艺和设计方案对锻件最终晶粒度水平的影响。

图1 九级涡轮盘轴截面6个跟踪点位置Figure 1 The positions of 6 tracking points of ninth level turbine disk

为了获得在1MJ对击锤上生产的优化工艺，我们采用Deform-3D软件对不同饼坯高度(200 mm、220 mm和240 mm)和不同轮缘高度(35 mm和40 mm)的工艺方案进行了成形模拟。

模拟参数为：坯料材料为GH4169，模具材料为5CrNiMo；锻造温度1 010℃，转运时间60 s，模具预热温度为350℃，环境温度为20℃，工件与周围环境间换热系数为20 W/(m2·K)，工件与模具接触面摩擦因子为0.2。

从图2和图3中可以看出，随着坯料高度增加，锻造中锻件各区域的温度和应变总体上相应增大，但差别幅度不大。温度上最大差值在20℃左右；应变上差值在0.2左右。……