Inconel718的擠壓模熱處理工藝改進

■甄志亮，王慧，袁小婷，彭元飛

摘要：對早期失效的擠壓模進行了分析，對原有的熱處理工藝進行了改進，最終生產(chǎn)出符合用戶要求的適用的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：Inconel718；擠壓模；失效分析；熱處理工藝改進

Inconel718（GH4169/ GH169）是一種含Nb、Mo的Ni-Cr-Fe基沉淀硬化耐熱合金，于20世紀(jì)50年代由美國通用公司開發(fā)研究，主要用于飛機的渦輪盤材料。由于這種材質(zhì)在700℃時仍具有很高的抗拉強度、疲勞強度、抗蠕變強度和斷裂強度，在高低溫環(huán)境中均具有耐蝕性，因而現(xiàn)在這種材質(zhì)被廣泛使用在擠壓工模具中。

我公司給某鈦業(yè)公司提供的此材質(zhì)的擠壓模，在首件試用時僅擠壓了兩三件就產(chǎn)生了較大塑性變形，影響零件精度，引起了早期失效。為此，我公司對其失效原因進行分析以便于改進工藝優(yōu)化，從而生產(chǎn)出滿足用戶要求的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

表1 Inconel718的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

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實際0.0652.220.10.310.293.10.851.04.950.210.330.004剩余

1. 零件概況

零件的外形及尺寸如圖1所示。技術(shù)要求為：固溶處理，硬度40～46HRC，要求力學(xué)性能為：σb≥1275MPa，σs≥1030MPa，δ5≥12%，AKU≥36J。

原有的擠壓模熱處理工藝為：

（1）固溶處理 溫度為960℃，保溫1h，空冷。

（2）時效處理 720℃保溫8h后，限速以50℃/h的速度爐冷至620℃，在620℃保溫8h。

圖1 擠壓模的外形及尺寸

2. 失效分析的檢測內(nèi)容

使用角磨砂輪對零件表面進行拋光后，使用英國牛津的Oxford光譜分析儀ARCMET8000對零件的成分進行檢測，實測成分如表1所示。

在失效零件中取樣，做力學(xué)性能試驗，結(jié)果如表2所示。

以上分析說明：零件的化學(xué)成分在要求的范圍內(nèi)，力學(xué)性能中屈服強度低于零件的技術(shù)要求。因此，得出初步的結(jié)論：由于該零件在工作狀態(tài)時，所受的應(yīng)力超出了材料的屈服強度，因此產(chǎn)生塑性變形，不能繼續(xù)保持零件的精度。

對比資料后認為：選取的固溶溫度屬于這種材料的中下限，在固溶時存在部分化合物未完全溶入基體，沒有得到單相奧氏體；且工藝中要求固溶后空冷，冷速過慢，在冷卻過程中有其他相析出，這兩個原因會導(dǎo)致固溶不充分，在時效時析出量不足，最終影響了零件的使用性能。因此，改進工藝將從提高固溶溫度，加快固溶后的冷卻速度，以及提高時效的效果三方面開展。

3. 對比試驗及檢測內(nèi)容

（1）工藝及檢測方案 工藝對比及檢測項目如表3所示。

（2）金相檢測 采用CK40M 型O LYMPUS 顯微鏡對熱處理態(tài)合金試樣的金相組織進行觀察及拍照。

由圖2a、2b中可以看出，960℃固溶后，有較多未溶的化合物存在，而在1030℃固溶后，未溶化合物較少；從圖2c、圖2d對比可以看出，1030℃固溶時效后析出的化合物顆粒較小，且分布更為彌散均勻。

（3）力學(xué)性能檢測 不同工藝處理后的力學(xué)性能以及要求值如表4所示。從表中可看出，采用改進工藝處理的試樣，所有的力學(xué)性能均可以滿足技術(shù)要求。

圖2 金相照片

（4）試驗結(jié)論 從以上試驗可以得出結(jié)論，采用1030℃加熱保溫后水冷的固溶工藝，以及720℃×10h-620℃×10h的時效工藝，處理零件后，零件的各項力學(xué)性能均可以滿足用戶的要求，是一種較為適用的熱處理工藝。

我公司采取改進后的工藝對擠壓模進行了處理，零件的硬度及力學(xué)性能均滿足了用戶要求，擠壓次數(shù)可以達到2000+，零件的質(zhì)量得到了用戶的一致好評。

表2 零件的實測力學(xué)性能

屈服強度σs/MPa抗拉強度σb/MPa伸長率δ5（%）沖擊吸收能量AKU/J 79013701890/120

表3 工藝對比及檢測項目

項目原有工藝改進工藝固溶溫度/℃960±101030±10固溶時間/h12固溶冷卻方式空冷水冷檢測金相檢測金相檢測時效工藝720℃×8h-50℃/h冷卻至620～720℃×10h-50℃/h冷卻至620～620℃×8h620℃×10h檢測金相檢測和力學(xué)性能檢測金相檢測和力學(xué)性能檢測

表4 不同工藝處理后的力學(xué)性能以及要求值

項目屈服強度σs/MPa抗拉強度σb/MPa伸長率δ5（%）沖擊吸收能量AKU/J 960℃固溶769137013.598/94 1030℃固溶104013001879/88要求值≥1030≥1275≥12≥36

作者簡介：甄志亮、王慧、袁小婷、彭元飛，中冶陜壓重工設(shè)備有限公司。