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GH4169涡轮盘晶粒度控制技术研究

文档作者：罗恒军谢静齐占福程槿沈文涛刘晓飞文档来源： 1．中国第二重型机械集团万航模锻厂 2．机械科学研究总院		点击数：	更新时间： 2026年01月25日
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《大型铸锻件》
HEAVY CASTING AND FORGING
No．2
March 2012
GH4169涡轮盘晶粒度控制技术研究
罗恒军 谢静 齐占福 程槿 沈文涛 刘晓飞
(1．中国第二重型机械集团万航模锻厂，四川618013；2．机械科学研究总院，北京10083)
摘要：以九级涡轮盘为研究对象，通过有限元模拟获得优化的锻造工艺和设计，并生产试制出晶粒细化的
涡轮盘。
关键词：GH4169；涡轮盘；晶粒度
中图分类号：TG136 文献标识码：B
Research on GH4 1 69 Turbine Disk Grain Size Control Technology
Luo Hengjan，Xie Jing，Qi Zhanfu，Cheng Jin，Shen Wentao，Liu Xiaofei
Abstract：Through finite element simulation of nine class turbine disc，the optimization forging process and design
are obtained．Based on process improvement，the turbine disc with fine grain size is successful trial·manufacture．Tak—
ing ninth level turbine disk as research object，the optimized forging process and design are obtained by finite element
simulation and the turbine disk with fine grain size is manufactured successfully in tria1．
Key words：GH4169；turbine disk；grain size
航空发动机是航空工业的“王冠”，其制造技
术决定前着航空工业的发展水平。GH4169合金
是航空发动机重要的结构材料，在工作中往往承
受很高的蠕变载荷和交变应力，对组织和性能要
求很高。但GH4169合金的组织和性能对热加工
工艺参数非常敏感，要使批量生产的锻件质量保
持稳定很困难。我们以九级涡轮盘作为研究对
象，结合有限元模拟分析，通过对涡轮盘锻件内部
晶粒度的分析，确定锻件饼坯高度和轮缘高度对
锻件晶粒度的影响，以提高对GH4169合金锻件
质量的控制能力。
1 数值模拟分析
九级涡轮盘的轴截面如图1所示。为了较直
观描述锻件的整个成形过程，我们选取锻件轴截面
不同区域共6个关键点作为研究点，以研究不同的
工艺和设计方案对锻件最终晶粒度水平的影响。
图1 九级涡轮盘轴截面6个跟踪点位置
Figure 1 The positions of 6 tracking points
of ninth level turbine disk
收稿日期：201l—09—19
为了获得在1MJ对击锤上生产的优化工艺，
我们采用Deform-3D软件对不同饼坯高度(200
mm、220 mm和240 ram)和不同轮缘高度(35 mm
和40 mm)的工艺方案进行了成形模拟。
模拟参数为：坯料材料为GH4169，模具材料
为5CrNiMo；锻造温度1 010~C，转运时间60 S，模
具预热温度为350~C，环境温度为20℃，工件与周
围环境间换热系数为20 W／(m ·K)，工件与模
具接触面摩擦因子为0．2。
从图2和图3中可以看出，随着坯料高度增
加，锻造中锻件各区域的温度和应变总体上相应
增大，但差别幅度不大。温度上最大差值在20℃
左右；应变上差值在0．2左右。我们尤其注意到
在点3处(试环位置)，该处的变形量较小(等效
应变0．35左右)，温度也较低(935~C左右)。事
实上考虑到模具的激冷作用，温度往往更低。因
此在模锻过程中，该区域的晶粒往往难以充分完
成再结晶，容易出现混晶现象，导致晶粒度水平下
降。我们可以观察到，随着坯料高度的增加，点3
区域的变形和温度有所增加，显然有利于再结晶
的充分完成。
从图4中可以看出，轮缘高度增加5 Film，对
整个锻件中温度和应变的影响不是很明显。但我
们观察3点区域，随着轮缘高度的增加，该点的温
度和应变水平都有一定程度的提高，显然也有利
于锻件晶粒的再结晶。此外，适当增加轮缘高度，
可有效减少模具激冷对轮缘处3点区域的影响。
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No．2
March 2012
《大型铸锻件》
HEAVY CASTING AND FORGING
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+ 1 ‘ ： + 3 + I * 5 — 6 + 1 + 2 十3 ÷ 1 S — R
(a)温度 (b)等效应变
(粗线：饼坯高度220 mm；细线：饼坯高度200 mm)
图2 不同高度坯料的各跟踪点温度、等效应变变化情况
Figure 2 The variety of temperature and equivMent strain of the tracking points for different height of blanks
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(b)等效应变
(粗线：饼坯高度220 mm；细线：饼坯高度240 mm)
图3 不同高度坯料的各跟踪点温度、等效应变变化情况
Figure 3 The variety of temperature and equivalent strain of the tracking points for diferent height of blanks
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(a)温度 (b)等效应变
(粗线：轮缘高度35 mm；细线：轮缘高度40 mm)
图4 不同轮缘高度下锻件的各跟踪点温度、等效应变变化情况
Figure 4 The variety of temperature and equivalent strain of the tracking points for diferent height of rims
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