燃气轮机轮盘材料GH4698是一种特殊的镍基高温合金，合金化程度高，变形抗力大，锻造时变形温度范围窄。因此，要满足锻件的内在质量要求，必须制定合理的工艺路线。从材料化学成分、锻造工艺、数值模拟、试制等方面介绍了涡轮盘的生产工艺。经验证，热处理、固溶和时效后的涡轮盘锻件的组织和力学性能完全满足使用要求，并已批量生产，效果良好。
GH4698合金是一种以相为强化相的沉淀强化镍基合金。主要的强化元素有铝、钛、钼、铌、铬等。合金化程度高，锻造时变形抗力大，变形温度范围窄，给锻造带来困难。主要用作大型燃气轮机的涡轮盘材料，使用条件苛刻，性能要求苛刻。
锻件的化学成分和性能要求：涡轮盘锻件采用高温合金GH4698作为原材料。化学成分要求见表1，机械性能要求见表2。
锻件不得有过烧和过热组织，表面不得有气孔、针孔、裂纹、分层、疏松、环状偏析和外来夹杂物等缺陷。GH4698是一种镍基高温合金，其锻造温度范围较窄。为了获得最佳的使用性能，必须精确控制锻造温度。当锻造温度降至再结晶温度以下进行锻造时，会严重影响内部组织，形成混晶。因此，为了满足锻件的质量要求，需要合理分配模锻时的镦粗饼和坯料的变形量，控制在50% ~ 70%。模锻时对坯料进行硬套处理，保证坯料能有较高的初锻温度，锻造时严格控制坯料的转移时间和终锻温度。
表1锻件的化学成分(重量%)
表2锻件的机械性能
锻造工艺方案的主要工艺路线是锻件从下料到最终理化完成，确定了以下主要工艺路线，如图1所示。
主要工序(1)下料。
图1锻造工艺路线
线切割棒料，车削棒料的两个端面和倒角。要求两端面垂直度 0.5，线切割热影响区一侧加工量1 ~ 2mm，倒角R20~R30mm。不允许打顶孔。每节棒材应标有熔化炉(代)号、钢锭接头和锻造图，检验员应检查棒材的尺寸、表面质量和标记内容。
(2)打翻蛋糕。
锻造设备为400MN水压机，加热设备为高温电炉(炉温均匀性10)。加热规格见图2。
图2锻造镦粗加热规范
1)硬质覆层：保温材料、高温合金粘结剂、石墨粉、厚度为0.8 ~ 1.5毫米的1Cr18Ni9Ti不锈钢板，常温下进行硬质覆层并在毛坯上划线；
2)炉温均匀性应在校准后的有效期内，羊毛必须安装在合格的控温区。加热前，清理炉膛，按锭号装炉，并记录装料位置。羊毛料必须单层放置，料间距100mm。
锻造的技术要求：
1)空白传送时间30秒。镦饼前，坯料两端面要垫上撒有石墨粉的保温材料；
2)终锻温度1000；
3)冷却方式：脱去夹套，风冷；
4)喷砂打磨：消除表面缺陷，宽深比10。
锻造工艺参数：将坯料镦粗至775mm(37510)mm，具体工艺参数如下。
1)空转阶段：离零点1500~1300mm，速度110mm/s；
2)压制阶段：离零点1300 ~ 375 mm，速度5 mm/s。
(3)模锻。
模锻是在400MN水压机上进行的，加热设备是高温电炉(炉温均匀性10)，模具预热温度为250-350，预热时间为100分钟
数值模拟验证Simufact有限元分析软件用于验证工艺规范。根据工艺规范选择数值模拟参数，分析锻造温度、压制速度和坯料尺寸对最终锻件成形效果、应变场和温度场分布的影响。最后，验证了工艺规范的可行性。模拟结果如图4 ~ 6所示。
图3锻造模锻加热规范
图4应变场模拟结果
图5温度场模拟结果
图6成形效果模拟结果
通过分析图4 ~ 6的模拟结果可以发现，涡轮盘锻件在终锻完成后，除了表面有局部温降区外，其余温度都在1000以上，锻件内部最高温度为1135，内部最高温度为15。涡轮锻件内部所有区域的等效应变都在0.7以上，变形充分；成形过程无异常，锻件上下模填充良好，毛刺均匀。
上述数值模拟结果验证了工艺流程的可行性，并为后续的试生产提供了理论依据。
试生产按照既定的工艺方案进行试生产，具体生产流程如图7所示。终锻完成后，锻件上下模填充良好，毛刺均匀，符合锻件图轮廓尺寸要求。最终的粗加工交付件如图8所示。
图7锻件的试生产
表3锻件的机械性能
图8粗加工零件
图9锻件的显微组织
热处理、固溶、时效后理化锻件的力学性能见表3，显微组织见图9。锻件管理试验无过热过烧组织，晶粒度2 ~ 3，各项性能指标符合技术要求。
结束语
>经首批试制及小批量生产证明，该工艺方案生产的涡轮盘锻件满足产品设计及使用要求，现已批量生产，效果良好。作者简介
宗师，技术研发部技术主管，工程师，主要从事航空锻造领域的技术研发工作，主持并参与了多个型号航空发动机、燃气轮机盘轴类锻件的技术研发工作，同时负责了某型号运输机起落架用大型TC18钛合金模锻件的技术研发工作。
