Inconel718的挤压模热处理工艺改进

GXF360 2017-08-24

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Inconel718的挤压模热处理工艺改进

■甄志亮，王慧，袁小婷，彭元飞

摘要：对早期失效的挤压模进行了分析，对原有的热处理工艺进行了改进，最终生产出符合用户要求的适用的优质产品。

关键词：Inconel718；挤压模；失效分析；热处理工艺改进

Inconel718（GH4169/ GH169）是一种含Nb、Mo的Ni-Cr-Fe基沉淀硬化耐热合金，于20世纪50年代由美国通用公司开发研究，主要用于飞机的涡轮盘材料。由于这种材质在700℃时仍具有很高的抗拉强度、疲劳强度、抗蠕变强度和断裂强度，在高低温环境中均具有耐蚀性，因而现在这种材质被广泛使用在挤压工模具中。

我公司给某钛业公司提供的此材质的挤压模，在首件试用时仅挤压了两三件就产生了较大塑性变形，影响零件精度，引起了早期失效。为此，我公司对其失效原因进行分析以便于改进工艺优化，从而生产出满足用户要求的优质产品。

表1 Inconel718的化学成分（质量分数）（%）

元素CNiCrMnSiMoCoTiNbCuAlBeFe要求Min—5017——2.8—0.74.75—0.20.002剩余Max0.0855210.350.353.31.01.155.50.30.80.006实际0.0652.220.10.310.293.10.851.04.950.210.330.004剩余

1. 零件概况

零件的外形及尺寸如图1所示。技术要求为：固溶处理，硬度40～46HRC，要求力学性能为：σb≥1275MPa，σs≥1030MPa，δ5≥12%，AKU≥36J。

原有的挤压模热处理工艺为：

（1）固溶处理温度为960℃，保温1h，空冷。

（2）时效处理 720℃保温8h后，限速以50℃/h的速度炉冷至620℃，在620℃保温8h。

图1 挤压模的外形及尺寸

2. 失效分析的检测内容

使用角磨砂轮对零件表面进行抛光后，使用英国牛津的Oxford光谱分析仪ARCMET8000对零件的成分进行检测，实测成分如表1所示。

在失效零件中取样，做力学性能试验，结果如表2所示。

以上分析说明：零件的化学成分在要求的范围内，力学性能中屈服强度低于零件的技术要求。因此，得出初步的结论：由于该零件在工作状态时，所受的应力超出了材料的屈服强度，因此产生塑性变形，不能继续保持零件的精度。

对比资料后认为：选取的固溶温度属于这种材料的中下限，在固溶时存在部分化合物未完全溶入基体，没有得到单相奥氏体；且工艺中要求固溶后空冷，冷速过慢，在冷却过程中有其他相析出，这两个原因会导致固溶不充分，在时效时析出量不足，最终影响了零件的使用性能。因此，改进工艺将从提高固溶温度，加快固溶后的冷却速度，以及提高时效的效果三方面开展。

3. 对比试验及检测内容

（1）工艺及检测方案工艺对比及检测项目如表3所示。

（2）金相检测采用CK40M 型O LYMPUS 显微镜对热处理态合金试样的金相组织进行观察及拍照。

由图2a、2b中可以看出，960℃固溶后，有较多未溶的化合物存在，而在1030℃固溶后，未溶化合物较少；从图2c、图2d对比可以看出，1030℃固溶时效后析出的化合物颗粒较小，且分布更为弥散均匀。

（3）力学性能检测不同工艺处理后的力学性能以及要求值如表4所示。从表中可看出，采用改进工艺处理的试样，所有的力学性能均可以满足技术要求。