一种镍基高温合金锻件的晶粒组织均匀性评价方法技术

本发明专利技术涉及一种镍基高温合金锻件晶粒组织均匀性评价方法，其通过建立晶粒组织均匀性评价函数，结合在镍基高温合金锻件中选取的节点，统计各节点不同晶粒的晶粒度等级，以及各晶粒在所统计面积占的百分数，给出镍基高温合金锻件不同部位或镍基高温合金锻件整体的均匀性函数值，函数值越接近0则晶粒组织越均匀，函数值越接近1则晶粒组织越不均匀，以此来评价其晶粒组织均匀性。通过控制不同的工艺，对各工艺下锻件晶粒组织均匀性函数值进行比较，函数值最小所对应的工艺为最优工艺。本发明专利技术可用于航空航天领域镍基高温合金锻件的晶粒组织均匀性评价。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及镍基高温合金锻件晶粒组织均匀性评价领域，是一种用于对镍基高温合金锻件不同部位晶粒组织均匀性进行评价的方法。
技术介绍
航空制造业在发达国家经济发展中具有重要的战略意义和支柱作用，是先进生产力的集中体现。然而，我国作为世界最大的航空市场之一，却没有自主知识产权的大型民用飞机品牌。2007年2月26日国务院常务会议批准了大型飞机研制重大科技专项的正式成立，2008年5月11日，承担中国大飞机项目重任的中国商用飞机有限责任公司在上海成立，2015年11月2日，国产C919大型客机在上海浦东基地正式下线，为我国走自主创新突破大飞机制造核心技术之路，迈出了坚实的步伐。作为航空航天产品的动力部分，航空发动机对飞机的载重、飞行高度、速度等起决定性作用。涡轮部件是航空发动机的心脏，其中涡轮盘的主要功能是带动涡轮叶片高速旋转，涡轮盘的工作条件极其苛刻，其工作时承受热应力的叠加作用以及复杂的机械应力，因此，涡轮盘材料应具有良好的抗蠕变能力、持久性能以及良好的疲劳性能，涡轮盘通常由一种镍基高温合金锻件制作而成，其中GH4169合金是所有镍基高温合金中应用最广泛、生产最稳定的合金。GH4169合金制成的涡轮盘的晶粒组织均匀程度与综合力学性能的关系密切。为了保证涡轮盘的性能，对于锻造成形的GH4169合金涡轮盘锻件，要求其晶粒组织均匀分布，但国内生产的GH4169合金涡轮盘晶粒组织均匀性还没有完全达标。GH4169合金涡轮盘在成形时导热性差、塑性低、变形抗力大、不同部位变形条件具有显著的差异，这些特点是导致GH4169涡轮盘晶粒组织不均匀的主要原因。涡轮盘锻件中各部分晶粒尺寸不一致，或出现混晶以及粗晶组织，高温合金在粗晶及混晶状态下，持久塑性很低，导致蠕变损伤加剧而强烈降低合金的缺口周期持久寿命。GH4169合金涡轮盘锻件的热处理温度在合金的静态再结晶温度以下，不能通过热处理来改变GH4169合金涡轮盘锻件的晶粒组织均匀性。这就意味着，只能通过控制GH4169涡轮盘的锻造工艺来解决晶粒组织均匀性问题。GH4169晶粒尺寸的变化发生在加热、变形及变形后冷却过程中，其中加热过程晶粒尺寸变化以长大为主，变形及变形后冷却过程则主要是动态回复、动态再结晶、亚动态再结晶、静态再结晶等。因此，对GH4169合金锻造过程中晶粒组织演变机理、晶粒组织均匀性的研究具有重大意义，为提高航空发动机涡轮盘的使用性能提供帮助。GH4169涡轮盘的晶粒组织均匀性主要体现在两个方面，一方面体现在涡轮盘不同部位晶粒尺寸的差别，另一方面体现在涡轮盘某微小区域内晶粒尺寸的差别。如何能够较好的反应镍基高温合金锻件的晶粒组织均匀性，仍是一个有待解决问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决对镍基高温合金锻件晶粒组织均匀性评价的问题，从而建立了一种针对镍基高温合金锻件晶粒组织均匀性的评价函数，并结合图形对一种镍基高温合金锻件晶粒组织均匀性进行评价，以期通过均匀性评价对成形工艺的优劣进行比较，获取较优工艺。实现本专利技术的技术解决方案为:一种针对镍基高温合金锻件晶粒组织均匀性评价方法，具体包括以下步骤：步骤一、将锻件剖开，取其截面，并将该截面分为多个部位；步骤二、在所述各个部位选取合适节点，并统计各节点不同晶粒的晶粒度等级，以及该晶粒在所统计面积占的百分数，并获得占被评价总体百分数最大的晶粒显微晶粒度等级或标准晶粒显微晶粒度等级；步骤三、建立晶粒组织均匀性评价函数，如下式：W=1nΣi=1n|Gs-Gai|·Xai+|Gs-Gbi|·XbiGs]]>式中：Gs——占被评价总体百分数最大的晶粒显微晶粒度等级或标准晶粒显微晶粒度等级；Gai、Gbi——第i个节点视场内占被评价总体百分数最大的晶粒和标准晶粒的显微晶粒度等级；Xai、Xbi——第i个节点视场内占被评价总体百分数最大的晶粒和标准晶粒的动态再结晶分数百分比；n——取样节点总数；的绝对值。步骤四、将各个部位所选取点的晶粒度及百分数带入上式，获取不同部位的均匀性函数值，函数值越接近0则晶粒组织越均匀，函数值越接近1则晶粒组织越不均匀。。优选地是，步骤三还包括建立晶粒组织均匀性评价图形，具体步骤为：以节点号为横坐标，为纵坐标作图，获得晶粒组织均匀性评价图形以更直观的方式展现各部位晶粒组织的均匀程度。优选地是，所述评价方法还包括步骤五、选取不同工艺的锻件，重复步骤一至步骤四，对不同工艺的锻件的晶粒组织均匀性进行比较，根据晶粒组织均匀性评价函数值与数值0接近程度选择成形工艺。优选地是，所述锻件为GH4169涡轮盘，所述锻造工艺包括模锻以及镦粗。优选地是，还包括建立GH4169晶粒组织预测平台：a、根据GH4169合金的动态再结晶、静态再结晶、晶粒长大的物理机制，建立动力学模型；b、通过试验或计算获取GH4169合金热物理性能参数的数值，包括线膨胀系数、密度、弹性模量、剪切模量、泊松比、热扩散系数、比热容以及热导率；C、将GH4169合金动力学模型以及热物理性能参数导入Deform-3D数值模拟软件，建立GH4169晶粒组织预测平台。优选地是，步骤a中还包括利用热/力模拟试验机对GH4169合金进行热压缩试验，得到不同变形条件对GH4169晶粒组织的影响规律和机理，获取GH4169合金的动态再结晶、静态再结晶、晶粒长大的物理机制，不同形变包括应变速率、变形温度以及应变；其中：当真实应变和应变速率恒定时，GH4169合金动态再结晶百分数随变形温度的升高而增大；当真实应变和变形温度恒定时，GH4169合金动态再结晶百分数随应变速率的增大而减小；当应变速率恒定时，GH4169合金动态再结晶晶粒尺寸随变形温度的升高而增大；当变形温度恒定时，GH4169合金动态再结晶晶粒尺寸随应变速率的增大呈减小趋势。优选地是，步骤a中利用回归分析方法，根据GH4169合金的动态再结晶、静态再结晶、晶粒长大的物理机制获得GH4169合金的动力学模型。优选地是，基于该晶粒组织预测平台对整个涡轮盘锻造工艺进行数值模拟，包括镦粗前加热、镦粗、镦粗后空冷、模锻前加热以及模锻五个工序，最终获取涡轮盘锻件。优选地是，所述截面包括轮芯、轮毂上端面、轮毂芯部、轮毂下端面、辐板和轮缘六个部位。优选地是，步骤五还包括通过调整压下速度和始锻温度，获得涡轮盘不同部位的晶粒尺寸，并利用晶粒组织均匀性评价函数进行综合评价，从而得到获得良好晶粒组织均匀性的工艺参数。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍基高温合金锻件晶粒组织均匀性评价方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤一、将锻件剖开，取其截面，并将该截面分为多个部位；步骤二、在各个所述部位选取合适节点，并统计各节点不同晶粒的晶粒度等级，以及该晶粒在所统计面积占的百分数，获得占被评价总体百分数最大的晶粒显微晶粒度等级或标准晶粒显微晶粒度等级；步骤三、建立晶粒组织均匀性评价函数，如下式：W=1nΣi=1n|Gs-Gai|·Xai+|Gs-Gbi|·XbiGs]]>式中：Gs——占被评价总体百分数最大的晶粒显微晶粒度等级或标准晶粒显微晶粒度等级；Gai、Gbi——第i个节点视场内占被评价总体百分数最大的晶粒或标准晶粒的显微晶粒度等级；Xai、Xbi——第i个节点视场内占被评价总体百分数最大的晶粒或标准晶粒的动态再结晶分数百分比；n——取样节点总数；的绝对值；步骤四、将各个部位所选节点的晶粒度等级及百分数带入上式，获取不同部位的晶粒组织均匀性评价函数值，函数值越接近0则晶粒组织越均匀，函数值越接近1则晶粒组织越不均匀。

【技术特征摘要】
1.一种镍基高温合金锻件晶粒组织均匀性评价方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤一、将锻件剖开，取其截面，并将该截面分为多个部位；
步骤二、在各个所述部位选取合适节点，并统计各节点不同晶粒的晶粒度等级，以及该
晶粒在所统计面积占的百分数，获得占被评价总体百分数最大的晶粒显微晶粒度等级或标准
晶粒显微晶粒度等级；
步骤三、建立晶粒组织均匀性评价函数，如下式：
W=1nΣi=1n|Gs-Gai|·Xai+|Gs-Gbi|·XbiGs]]>式中：Gs——占被评价总体百分数最大的晶粒显微晶粒度等级或标准晶粒显微晶粒度等级；
Gai、Gbi——第i个节点视场内占被评价总体百分数最大的晶粒或标准晶粒的显微晶粒
度等级；
Xai、Xbi——第i个节点视场内占被评价总体百分数最大的晶粒或标准晶粒的动态再
结晶分数百分比；
n——取样节点总数；
的绝对值；
步骤四、将各个部位所选节点的晶粒度等级及百分数带入上式，获取不同部位的晶粒组
织均匀性评价函数值，函数值越接近0则晶粒组织越均匀，函数值越接近1则晶粒组织越不
均匀。
2.根据权利要求1所述的镍基高温合金锻件晶粒组织均匀性评价方法，其特征在于：
步骤三还包括建立晶粒组织均匀性评价图形，具体步骤为：以节点号为横坐标，以
为纵坐标作图，获得晶粒组织均匀性评价图形。
3.根据权利要求1所述的镍基高温合金锻件晶粒组织均匀性评价方法，其特征在于：
所述评价方法还包括步骤五、选取不同工艺的锻件，重复步骤一至步骤四，对不同工艺的锻
件的晶粒组织均匀性进行比较，根据晶粒组织均匀性评价函数值与数值0接近程度选择成形
工艺。
4.根据权利要求3所述的镍基高温合金锻件晶粒组织均匀性评价方法，其特征在于：
所述锻件为GH4169涡轮盘，所述锻造工艺包括模锻以及镦粗。
5.根据权利要求4所述的镍基高温合金锻件晶粒组织均匀性评价方法，其特征在于：
还包括建立GH4169晶粒组织预测平台：
a、根据GH4169合金的动态再结晶、静态再结晶、晶粒长大的物理机制，建立动...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鑫刚，郭宝峰，金淼，陈雷，高占平，张鹏，沈文涛，
申请(专利权)人：燕山大学，中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13