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隨著航空工業(yè)技術(shù)的不斷進步，許多產(chǎn)品及設(shè)備的零部件對性能的要求越發(fā)苛刻， 例如發(fā)動機渦輪盤、飛行器起落架等。由此隨之發(fā)展起來的就是鎳基高溫合金。這些行業(yè)中常用的鎳基高溫合金，由于其鍛造溫度范圍窄、變形抗力大，使用常規(guī)的模鍛方法成型困難重重。
等溫鍛造能夠加工難變形的鎳基高溫合金，以利于減少高溫合金的消耗和機械加工的費用，因此等溫鍛造技術(shù)在高溫合金航空材料壓力加工中得到了較為廣泛的應(yīng)用。
一 等溫鍛造技術(shù)介紹
等溫鍛造指毛坯從始鍛到終鍛始終在同一溫度條件下進行低變形速率的鍛造。等溫鍛造( Iso thermal forging) 成形時，毛坯與模具的加熱溫度相同, 并且應(yīng)變速率很低(10-4-10-2s-1), 這樣由于消除了模具激冷和材料應(yīng)變硬化的影響,不僅變形抗力小，而且可以完成凈成形(near-net-shape) 加工，因而大大提高了金屬的利用率以及鍛件的性能。這種新型工藝已經(jīng)成為先進難變形材料( 如鈦合金、鎳基高溫合金、金屬間化合物) 的主要成形方法，其與其他鍛造的區(qū)別如圖1所示。
由于等溫鍛造消除了模具對坯料的激冷影響，加之緩慢的應(yīng)變速率使坯料在應(yīng)變過程中的應(yīng)變硬化也基本消失，從而使等溫鍛造特別適合于成形低溫塑性差、鍛造溫度范圍窄、變形抗力大、應(yīng)變速率對塑性影響突出且價格昂貴的金屬材料，如圖2所示。目前鑄造鎳基高溫合金都是通過等溫鍛造技術(shù)生產(chǎn)的。
二 高溫合金等溫鍛造技術(shù)研究現(xiàn)狀
美國早在上世紀(jì)70年代就成功利用等溫鍛造技術(shù)制造出鋁合金飛機發(fā)動機渦輪盤、燃料箱及其他薄壁結(jié)構(gòu)件，而前蘇聯(lián)在20 世紀(jì)80年代就已經(jīng)擁有生產(chǎn)鎳、鋁及其他高溫合金飛機或航天器零部件的整套設(shè)備，并至今還在俄羅斯有關(guān)科研院所中執(zhí)行生產(chǎn)和研究的任務(wù)。我國對高溫合金的等溫鍛造的應(yīng)用及研究時間不長，鎳基高溫合金的研究從20世紀(jì)80年代才開始。與國外相比，我國在該領(lǐng)域仍處于落后地位。
從成形工藝上講，對高溫合金的等溫鍛造研究主要集中于對等溫鍛造的溫度、應(yīng)變速度、應(yīng)變量、零件結(jié)構(gòu)、預(yù)處理與后處理等方面；從組織性能上講，主要集中于對相應(yīng)合金再結(jié)晶時晶粒的控制、相變的發(fā)生形式、超塑性指標(biāo)的變化、組織的均勻程度、常溫和高溫的力學(xué)性能等方面。
國外SMC和P＆W公司利用超細(xì)晶UDIMET718合金，開發(fā)出954～1010℃等溫鍛造加工技術(shù)。超細(xì)晶棒坯可降低高溫流變應(yīng)力，雙變形速率分步鍛造可最小化應(yīng)變速率敏感程度，在鍛造開始時對再結(jié)晶更有利。δ相加工718棒材( ASTM11～12) 足以使δ相回溶溫度區(qū)間(954～996℃)的流變應(yīng)力低于100 MPa，流變應(yīng)力降低可使合金能夠利用Gatorizing 方式實現(xiàn)等溫鍛。在亞固溶溫度(954～996 ℃) 區(qū)間，雙應(yīng)變速率Gatorizing 加工采用先高后低的應(yīng)變速率，促進始鍛時動態(tài)再結(jié)晶，降低第二步鍛造的流變應(yīng)力，可以實現(xiàn)超細(xì)晶718等溫鍛造成形。
我國也采用K3和GH4698作為模具材料，探索近等溫鍛和熱模鍛工藝生產(chǎn)GH4169合金盤件。鋼鐵研究總院、寶山鋼鐵股份有限公司、中國第二重型工業(yè)集團公司聯(lián)合攻關(guān)，利用熱模鍛技術(shù)生產(chǎn)出尺寸精化、組織均勻、性能優(yōu)異的GH4169壓氣機盤。圖3為熱模鍛GH4169合金壓氣機盤晶粒度分布：與普通模鍛工藝相比，熱模鍛盤件節(jié)約原材料20%，冷模組織厚度小于5mm，輪緣不同部位持久蠕變性能波動更小。
北京航空材料研究院通過研究發(fā)現(xiàn)：牌號為FGH95、FGH96、GH710、IN718(GH4169)鎳基高溫合金在等溫鍛造時，溫度控制在1000～1100℃、應(yīng)變速率在0.001～0.01s-1、變形量在40%～50%，鍛件的晶粒尺寸、組織均勻度、致密度以及力學(xué)性能都能夠達(dá)到理想的效果。
圖3熱模鍛GH4169合金壓氣機盤晶粒度分布
三 高溫合金等溫鍛造的發(fā)展方向
等溫鍛造技術(shù)有著很好的的發(fā)展方向，具體如下：
（1）等溫鍛造技術(shù)目前多局限于航空航天領(lǐng)域材料的制造，在民用、工程應(yīng)用、汽車制造等領(lǐng)域的有很大的發(fā)展前景；
（2）對等溫鍛造用模具材料的研究研發(fā)不足：目前高溫合金等溫鍛造用模具材料主要為鎳基鑄造高溫合金。這類鎳基鑄造高溫合金不僅價格昂貴，由于其強度、硬度特別高，機械加工很難進行，加工成本高、制造周期長，且因其為鑄造產(chǎn)品，疲勞性能差，壽命短，在使用過程中，容易從鑄造缺陷處萌生裂紋，最終擴展失效，嚴(yán)重影響模具使用壽命。模具材料及其加工制造技術(shù)是等溫鍛造能夠變?yōu)楝F(xiàn)實的最關(guān)鍵技術(shù)，也是目前為止仍需要進行大量研究與攻關(guān)的方向；
（3）等溫鍛造行業(yè)內(nèi)建立統(tǒng)一的設(shè)計、制造及檢驗標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)語
綜上所述，隨著等溫鍛等關(guān)鍵技術(shù)水平的提升，必將帶動變形高溫合金產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)進步，以適應(yīng)不斷提高的航空、航天、石化、核能等領(lǐng)域?qū)δ蜔?、耐蝕、抗蠕變、抗疲勞高溫合金產(chǎn)品的需求。
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