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隨著航空工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，許多產(chǎn)品及設(shè)備的零部件對(duì)性能的要求越發(fā)苛刻， 例如發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)械加工的費(fèi)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(jìn)行低變形速率的鍛造。等溫鍛造( Iso thermal forging) 成形時(shí)，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(jìn)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(duì)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(duì)塑性影響突出且價(jià)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(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)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(duì)高溫合金的等溫鍛造的應(yīng)用及研究時(shí)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(duì)高溫合金的等溫鍛造研究主要集中于對(duì)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(duì)相應(yīng)合金再結(jié)晶時(shí)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(shí)對(duì)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(shí)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(jìn)始鍛時(shí)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，降低第二步鍛造的流變應(yīng)力，可以實(shí)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(tuán)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(jī)盤。圖3為熱模鍛GH4169合金壓氣機(jī)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(dòng)更小。
北京航空材料研究院通過研究發(fā)現(xiàn)：牌號(hào)為FGH95、FGH96、GH710、IN718(GH4169)鎳基高溫合金在等溫鍛造時(shí)，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(jī)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(duì)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(jià)格昂貴，由于其強(qiáng)度、硬度特別高，機(jī)械加工很難進(jìn)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(kuò)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(shí)的最關(guān)鍵技術(shù)，也是目前為止仍需要進(jìn)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(jì)、制造及檢驗(yàn)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(dòng)變形高溫合金產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)進(jìn)步，以適應(yīng)不斷提高的航空、航天、石化、核能等領(lǐng)域?qū)δ蜔帷⒛臀g、抗蠕變、抗疲勞高溫合金產(chǎn)品的需求。
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