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GH4169渦輪盤晶粒度控制技術(shù)研究

文檔作者：羅恒軍謝靜齊占福程槿沈文濤劉曉飛文檔來源： 1．中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)萬航模鍛廠 2．機(jī)械科學(xué)研究總院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2026年01月25日
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《大型鑄鍛件》
HEAVY CASTING AND FORGING
No．2
March 2012
GH4169渦輪盤晶粒度控制技術(shù)研究
羅恒軍 謝靜 齊占福 程槿 沈文濤 劉曉飛
(1．中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)萬航模鍛廠，四川618013；2．機(jī)械科學(xué)研究總院，北京10083)
摘要：以九級(jí)渦輪盤為研究對(duì)象，通過有限元模擬獲得優(yōu)化的鍛造工藝和設(shè)計(jì)，并生產(chǎn)試制出晶粒細(xì)化的
渦輪盤。
關(guān)鍵詞：GH4169；渦輪盤；晶粒度
中圖分類號(hào)：TG136 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
Research on GH4 1 69 Turbine Disk Grain Size Control Technology
Luo Hengjan，Xie Jing，Qi Zhanfu，Cheng Jin，Shen Wentao，Liu Xiaofei
Abstract：Through finite element simulation of nine class turbine disc，the optimization forging process and design
are obtained．Based on process improvement，the turbine disc with fine grain size is successful trial·manufacture．Tak—
ing ninth level turbine disk as research object，the optimized forging process and design are obtained by finite element
simulation and the turbine disk with fine grain size is manufactured successfully in tria1．
Key words：GH4169；turbine disk；grain size
航空發(fā)動(dòng)機(jī)是航空工業(yè)的“王冠”，其制造技
術(shù)決定前著航空工業(yè)的發(fā)展水平。GH4169合金
是航空發(fā)動(dòng)機(jī)重要的結(jié)構(gòu)材料，在工作中往往承
受很高的蠕變載荷和交變應(yīng)力，對(duì)組織和性能要
求很高。但GH4169合金的組織和性能對(duì)熱加工
工藝參數(shù)非常敏感，要使批量生產(chǎn)的鍛件質(zhì)量保
持穩(wěn)定很困難。我們以九級(jí)渦輪盤作為研究對(duì)
象，結(jié)合有限元模擬分析，通過對(duì)渦輪盤鍛件內(nèi)部
晶粒度的分析，確定鍛件餅坯高度和輪緣高度對(duì)
鍛件晶粒度的影響，以提高對(duì)GH4169合金鍛件
質(zhì)量的控制能力。
1 數(shù)值模擬分析
九級(jí)渦輪盤的軸截面如圖1所示。為了較直
觀描述鍛件的整個(gè)成形過程，我們選取鍛件軸截面
不同區(qū)域共6個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)作為研究點(diǎn)，以研究不同的
工藝和設(shè)計(jì)方案對(duì)鍛件最終晶粒度水平的影響。
圖1 九級(jí)渦輪盤軸截面6個(gè)跟蹤點(diǎn)位置
Figure 1 The positions of 6 tracking points
of ninth level turbine disk
收稿日期：201l—09—19
為了獲得在1MJ對(duì)擊錘上生產(chǎn)的優(yōu)化工藝，
我們采用Deform-3D軟件對(duì)不同餅坯高度(200
mm、220 mm和240 ram)和不同輪緣高度(35 mm
和40 mm)的工藝方案進(jìn)行了成形模擬。
模擬參數(shù)為：坯料材料為GH4169，模具材料
為5CrNiMo；鍛造溫度1 010~C，轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間60 S，模
具預(yù)熱溫度為350~C，環(huán)境溫度為20℃，工件與周
圍環(huán)境間換熱系數(shù)為20 W／(m ·K)，工件與模
具接觸面摩擦因子為0．2。
從圖2和圖3中可以看出，隨著坯料高度增
加，鍛造中鍛件各區(qū)域的溫度和應(yīng)變總體上相應(yīng)
增大，但差別幅度不大。溫度上最大差值在20℃
左右；應(yīng)變上差值在0．2左右。我們尤其注意到
在點(diǎn)3處(試環(huán)位置)，該處的變形量較小(等效
應(yīng)變0．35左右)，溫度也較低(935~C左右)。事
實(shí)上考慮到模具的激冷作用，溫度往往更低。因
此在模鍛過程中，該區(qū)域的晶粒往往難以充分完
成再結(jié)晶，容易出現(xiàn)混晶現(xiàn)象，導(dǎo)致晶粒度水平下
降。我們可以觀察到，隨著坯料高度的增加，點(diǎn)3
區(qū)域的變形和溫度有所增加，顯然有利于再結(jié)晶
的充分完成。
從圖4中可以看出，輪緣高度增加5 Film，對(duì)
整個(gè)鍛件中溫度和應(yīng)變的影響不是很明顯。但我
們觀察3點(diǎn)區(qū)域，隨著輪緣高度的增加，該點(diǎn)的溫
度和應(yīng)變水平都有一定程度的提高，顯然也有利
于鍛件晶粒的再結(jié)晶。此外，適當(dāng)增加輪緣高度，
可有效減少模具激冷對(duì)輪緣處3點(diǎn)區(qū)域的影響。
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No．2
March 2012
《大型鑄鍛件》
HEAVY CASTING AND FORGING
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+ 1 ‘ ： + 3 + I * 5 — 6 + 1 + 2 十3 ÷ 1 S — R
(a)溫度 (b)等效應(yīng)變
(粗線：餅坯高度220 mm；細(xì)線：餅坯高度200 mm)
圖2 不同高度坯料的各跟蹤點(diǎn)溫度、等效應(yīng)變變化情況
Figure 2 The variety of temperature and equivMent strain of the tracking points for different height of blanks
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(b)等效應(yīng)變
(粗線：餅坯高度220 mm；細(xì)線：餅坯高度240 mm)
圖3 不同高度坯料的各跟蹤點(diǎn)溫度、等效應(yīng)變變化情況
Figure 3 The variety of temperature and equivalent strain of the tracking points for diferent height of blanks
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(a)溫度 (b)等效應(yīng)變
(粗線：輪緣高度35 mm；細(xì)線：輪緣高度40 mm)
圖4 不同輪緣高度下鍛件的各跟蹤點(diǎn)溫度、等效應(yīng)變變化情況
Figure 4 The variety of temperature and equivalent strain of the tracking points for diferent height of rims
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