王周田 唐 超 李松林 李 轲 张 鹏

(1．中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司，四川618000；2．重庆大学材料学院，重庆400044；3．钢铁研究总院高温材料研究所，北京100081)

良好的封严条件能有效降低航空发动机油耗、增大推重比、减少污染物排放并提高发动机的性能和效率，是制备高性能航空发动机的关键因素。刘信祖[1]对GH4738合金环形封严盘的轧制成形进行了研究，但对GH4720Li合金盘前封严环的锻造生产鲜有报道。本文采用锻造成形的方式生产GH4720Li合金盘前封严环，采用数值模拟的方法，确定了锻造成形所需的工艺参数，制定了成形模拟方案，并进行了实际生产试制，通过热处理工艺优化，得到晶粒度及力学性能符合要求的锻件，确定了GH4720Li盘前封严环锻造生产所需的工艺参数及工艺流程。

1 数值模拟

为节省研究时间，降低试验成本，采用数值模拟的方式，确定了GH4720Li盘前封严环锻件的工艺过程及工艺参数。

1.1 工艺流程

下料→平头倒角→模锻→铣飞边→固溶→时效→粗加工→超声检测→腐蚀→精加工

1.2 锻件成形过程

锻造时，坯料加热温度为1120℃，模具预热温度600℃；锻造设备使用200 MN压机，下压速度为10 mm/s，一火成型；锻件出模后空冷至600℃后再进行棉冷，锻造过程如图1所示。

图1 锻件成形过程Figure 1 The forming process of forging

1.3 模拟结果分析

根据生产经验，通过多次模拟优化，得到满足要求的锻件，模拟结果如图2所示。

从数值模拟结果中可以看出，GH4720Li盘前封严环锻件充填完整，无明显折叠，见图2(a)；且锻件流线基本随形，无涡流、穿流等现象，见图2(b)；应变场在零件范围内分布比较均匀，等效应变值主要集中在0.7～2.2之间，变形量约为33%～89%，见图2(c)。锻件成型后温度场分布均匀，与模具型腔接触部位温降较快，从锻件中间区域到边缘温降梯度平缓，见图2(d)。锻件完全成型所需压制力约为72 MN，在锻造设备压制能力范围内，压机有充足的能量使锻件充填完整，见图2(e)。

2 试验验证

按数值模拟得到的工艺参数，对GH4720Li盘前封严环锻件进行了试制，如图3(a)所示。对锻件进行全流程加工并按交付尺寸解剖，解剖位置如图3(b)所示。

图2 数值模拟结果Figure 2 The results of numerical simulation

图3 GH4720Li盘前封严环锻件解剖位置Figure 3 Dissecting positions of GH4720Li sealing ring forging in front of disc

图4 盘前封严环解剖件不同平底孔 水浸超声检测结果 Figure 4 Water immersion ultrasonic test results of dissecting parts of sealing ring forging in front of disc with different flat-bottom holes

2.1 无损检测

对盘前封严环解剖件通过水浸超声扫描的方式进行无损检测。使用GH4720Li成套对比试块、10 MHz高灵敏度水浸聚焦探头，对环件的端面、侧面等位置进行纵波垂直入射扫查，检测结果如图4所示，未发现超标缺陷。

2.2 表面腐蚀

对盘前封严环解剖件进行表面腐蚀，表面无可见粗晶及冶金缺陷。

2.3 热处理工艺优化

经检验发现，零件部分位置晶粒度偏粗，平均晶粒度仅为8.0级，其余部位晶粒度可达到10.0级，因此分别对试样进行1060℃、1080℃、1100℃、1120℃、1140℃、1180℃固溶，再统一进行时效处理，测试其力学性能，测试结果如图5所示。

图5 固溶处理后GH4720Li合金性能Figure 5 Mechanical properties of GH4720Li alloyafter solution treatment

由图5可见，高于1140℃固溶处理后GH4720Li合金的室温拉伸、650℃高温拉伸和持久性能均明显降低，甚至可能低于标准要求。对热处理后的解剖件各部位进行晶粒度观察，结果

表1 解剖件室温和高温拉伸性能及硬度Table 1 Tensile property and hardness of dissecting parts in room temperature and high temperature

表2 解剖件应力疲劳性能和应变疲劳性能Table 2 Stress fatigue property and strain fatigue property of dissecting parts

表3 解剖件持久性能Table 3 Stress rupture properties of dissecting parts

表明，固溶条件下，解剖件纵向各部位平均晶粒度在9.0～10.0级，满足要求。因此锻件固溶温度选择1100℃。

2.4 力学性能测试

对完成1100℃固溶热处理后的解剖件采用线切割取样，进行力学性能测试，试样块尺寸为76 mm×50 mm，为保证试验结果准确性，每组取两个试样进行测试，各项力学性能测试结果如表1～3所示，各项性能均满足要求。

3 结论

(1)采用数值模拟的方式，确定了GH4720Li盘前封严环锻件的锻造可行性及成形工艺参数，制定了成形工艺方案；

(2)根据成形工艺方案进行锻件试制，理化检验结果表明，锻件无损检测及组织性能理化结果满足标准要求；

(3)在1100℃固溶条件下，可以得到晶粒度及力学性能均满足要求的零件。