CSTM-航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件用高純GH4169合金 第3部分 直接時(shí)效鍛件編制說(shuō)明

航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件用高純GH4169合金第3部分直接時(shí)效鍛件HighPurityGH4169AlloyForAero-engineRotatingComponentsPart2DirectAgeForgedParts編制說(shuō)明CSTM標(biāo)準(zhǔn)編制工作組2021年11月25日航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件用高純GH4169合金第2部分高強(qiáng)鍛件CSTM標(biāo)準(zhǔn)編制說(shuō)明一、工作簡(jiǎn)要過(guò)程1.1背景意義GH4169合金是我國(guó)產(chǎn)量最大、用途最廣、產(chǎn)品種類與規(guī)格最全的高溫合金，是我國(guó)大推力航空發(fā)動(dòng)機(jī)的骨干高溫合金材料，廣泛應(yīng)用于渦輪盤(pán)、壓氣機(jī)盤(pán)、封嚴(yán)盤(pán)、渦輪轉(zhuǎn)子、機(jī)匣、軸及葉片等多種航空、航天領(lǐng)域關(guān)鍵零件。在某新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用的GH4169合金零件達(dá)261個(gè)，零件總重量占核心機(jī)重量的60%，占發(fā)動(dòng)機(jī)重量的30%以上。因此，控制鍛件的質(zhì)量是十分重要的。直接時(shí)效鍛件是采用直接時(shí)效鍛造工藝生產(chǎn)的GH4169合金鍛件，這種工藝生產(chǎn)的鍛件是強(qiáng)度最高、晶粒度最細(xì)的一類鍛件，這種鍛件要求鍛造之后采用控制冷卻的方式冷卻，之后的熱處理只進(jìn)行時(shí)效熱處理，以獲得更高強(qiáng)度和平均晶粒度10級(jí)或更細(xì)的一種鍛件。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)GH4169合金研究的不斷深入，冶金、加工及檢驗(yàn)設(shè)備的不斷升級(jí)，為了更好地保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安全可靠應(yīng)用，對(duì)GH4169合金鍛件的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)都進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，不僅明確了轉(zhuǎn)動(dòng)件用鍛件必須采用三聯(lián)冶煉工藝（真空感應(yīng)＋電渣重熔+真空電弧重熔）生產(chǎn)的高純GH4169合金制造，同時(shí)還對(duì)鍛件的力學(xué)性能、晶粒度及超聲波探傷等方面的要求也進(jìn)行進(jìn)一步的規(guī)范和提高。這使得目前生產(chǎn)中引用的型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)協(xié)議已經(jīng)不能完全適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件用高純GH4169合金直接時(shí)效鍛件的要求。本標(biāo)準(zhǔn)的制定，可以將國(guó)家項(xiàng)目的研究成果轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提高的對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件用高純GH4169合金直接時(shí)效鍛件的技術(shù)要求（包括：冶煉工藝、化學(xué)成分、性能、晶粒度、顯微組織及超聲波探傷），同時(shí)規(guī)范試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則和包裝、標(biāo)志及質(zhì)量證明書(shū)，便于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、驗(yàn)收的統(tǒng)一規(guī)范管理，更好地滿足國(guó)防建設(shè)對(duì)軍工產(chǎn)品的需要。1.2來(lái)源2016年，國(guó)防科工局批復(fù)了軍用關(guān)鍵材料進(jìn)口替代專項(xiàng)“高純凈度GH4169合金棒材與鍛件工程化研制”項(xiàng)目，2020年12月，本項(xiàng)目按照批復(fù)任務(wù)完成項(xiàng)目所有研制任務(wù)，并根據(jù)項(xiàng)目的研制攻關(guān)成果制定本標(biāo)準(zhǔn)。1.3主要參加單位和工作組成員本標(biāo)準(zhǔn)的主要參加單位和工作組成員來(lái)源于“高純凈度GH4169合金棒材與鍛件工程化研制”的研制團(tuán)隊(duì)及高純GH4169合金鍛件的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用單位及其科研技術(shù)人員組成。標(biāo)準(zhǔn)牽頭單位為鋼鐵研究總院，參加單位包括北京鋼研高納科技股份有限公司、鋼鐵研究總院、中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所、中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院、中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司、中國(guó)航發(fā)西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司、中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)德陽(yáng)萬(wàn)航模鍛有限責(zé)任公司、陜西宏遠(yuǎn)航空鍛造有限責(zé)任公司、貴州安大航空鍛造有限責(zé)任公司。1.4主要工作流程2021年8月，標(biāo)準(zhǔn)起草單位鋼鐵研究總院撰寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)草案。2021年9月，標(biāo)準(zhǔn)草案完成。2021年10月，標(biāo)準(zhǔn)草案通過(guò)立項(xiàng)審查，CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)批準(zhǔn)立項(xiàng)。2021年11月，形成征求意見(jiàn)稿。2022年2月，計(jì)劃完成標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)，形成意見(jiàn)匯總表，并對(duì)征求意見(jiàn)稿進(jìn)行修改，形成標(biāo)準(zhǔn)送審稿。2022年4月，計(jì)劃召開(kāi)本標(biāo)準(zhǔn)的審查會(huì)。2022年5月，計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn)表決，報(bào)批，正式發(fā)布出版。二、標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象簡(jiǎn)要情況及制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則2.1標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象簡(jiǎn)要情況本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件用高純GH4169合金直接時(shí)效鍛件的要求、質(zhì)量保證規(guī)定和交貨準(zhǔn)備等。本標(biāo)準(zhǔn)適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件用高純GH4169合金直接時(shí)效鍛件（以下簡(jiǎn)稱鍛件）。國(guó)內(nèi)高純GH4169合金鍛件主要生產(chǎn)單位有北京鋼研高納科技股份有限公司、中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)德陽(yáng)萬(wàn)航模鍛有限責(zé)任公司、陜西宏遠(yuǎn)航空鍛造有限責(zé)任公司和貴州安大航空鍛造有限責(zé)任公司等。直接時(shí)效鍛件主要用于生產(chǎn)某航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪盤(pán)、低壓一級(jí)渦輪盤(pán)和壓氣機(jī)盤(pán)等。2.2標(biāo)準(zhǔn)編制原則標(biāo)準(zhǔn)編制遵循“統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性、規(guī)范性”的原則，盡可能與國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)和型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)接軌，注重標(biāo)準(zhǔn)的可操作性和在相關(guān)型號(hào)的適用性，本標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定進(jìn)行編寫(xiě)和表述。三、與國(guó)內(nèi)、外同類標(biāo)準(zhǔn)水平對(duì)比情況國(guó)內(nèi)目前GH4169合金鍛件的生產(chǎn)一般按照用戶提出的相應(yīng)型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)議進(jìn)行生產(chǎn)和驗(yàn)收，但目前這些型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議已無(wú)法用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件用高純GH4169合金直接時(shí)效鍛件的生產(chǎn)和驗(yàn)收。國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)用GH4169合金直接時(shí)效鍛件主要包括合金標(biāo)準(zhǔn)和各類型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)如下：(1)GB/T40313—2021，《變形高溫合金盤(pán)鍛件》，變形高溫合金鍛件的通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。(2)某型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)XX10-0515-2004，《優(yōu)質(zhì)GH4169合金直接時(shí)效鍛件》，規(guī)定了XX10發(fā)動(dòng)機(jī)用優(yōu)質(zhì)GH4169合金直接時(shí)效鍛件的規(guī)范，是本標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。(3)CJ1000A的型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)MAS7001，《盤(pán)及轉(zhuǎn)動(dòng)件用IN718合金鍛件》，規(guī)定了CJ1000A型號(hào)的鍛件要求。由于技術(shù)保密，國(guó)外對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)用GH4169合金的標(biāo)準(zhǔn)是封鎖的，僅可查到的一些AMS的國(guó)際宇航標(biāo)準(zhǔn)，但該類標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)控制范圍寬泛，不適合國(guó)內(nèi)引用。本標(biāo)準(zhǔn)在XX10-0515的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)家課題的技術(shù)指標(biāo)和攻關(guān)成果，特制定本標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際應(yīng)用情況，制定型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。四、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容4.1標(biāo)準(zhǔn)名稱本標(biāo)準(zhǔn)的中文名稱為“航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件用高純GH4169合金第3部分直接時(shí)效鍛件”，英文名稱為“HighPurityGH4169AlloyForAero-engineRotatingComponentsPart2DirectAgeForgedParts”。4.2標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中的主要技術(shù)主要技術(shù)要素及參數(shù)包括：冶煉工藝、化學(xué)成分、性能指標(biāo)、晶粒度要求、顯微組織及超聲波探傷的控制（詳見(jiàn)征求意見(jiàn)稿），同時(shí)對(duì)試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則和包裝、標(biāo)志及質(zhì)量證明書(shū)等方面都進(jìn)行了規(guī)范。重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容包括：1冶煉方式采用真空感應(yīng)熔煉+電渣重熔+真空電弧重熔組成的三聯(lián)冶煉工藝生產(chǎn)。2高純GH4169化學(xué)成分規(guī)定的各元素含量范圍與現(xiàn)行型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定明顯變窄：如C含量從0.015~0.06%縮小到0.012~0.036%，S含量從≤0.002%降低到≤0.001%，O含量從≤0.005%降低到≤0.0025%，Nb含量從5.00~5.50%縮小到5.20~5.55%，Ni含量從50~55%縮小到52~55%，Cr含量從17~21%縮小到17~19%，Mo含量從2.80~3.30%縮小到2.80~3.15%，Al含量也從0.30~0.70%縮小到0.35~0.65%。3各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)與現(xiàn)行型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了提高：如650℃/700MPa持久壽命從25h提高到75h，595℃/825MPa/25h蠕變條件提升至595℃/825MPa/30h，總塑性變形量仍為不超過(guò)0.2%，疲勞條件從“455℃/應(yīng)變比0.95±0.02，最大應(yīng)變值0.0085mm/mm”變化為“399℃/應(yīng)變比0.95±0.02，最大應(yīng)變值0.0067mm/mm”，斷裂周次從不小于8000次提升至不小于30000次循環(huán)。超聲探傷要求從AA級(jí)提升到AAA級(jí)。但是考慮到測(cè)試成本和周期，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間力學(xué)性能測(cè)試分為質(zhì)量一致性檢驗(yàn)和周期性檢驗(yàn)。4增加了鍛件殘余應(yīng)力檢驗(yàn)要求和規(guī)定。五、主要試驗(yàn)結(jié)果的分析統(tǒng)計(jì)分析了多批次高純GH4169合金直接時(shí)效鍛件的力學(xué)性能，如圖5-1所示。由圖可知高純GH4169合金直接時(shí)效鍛件的各項(xiàng)性能均滿足課題指標(biāo)要求，制訂的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高純GH4169合金直接時(shí)效鍛件性能指標(biāo)具有較高適用性。（a）（b）（c）（d）（e）（f）圖5-1高純GH4169合金直接時(shí)效鍛件力學(xué)性能分布統(tǒng)計(jì)六、與有關(guān)的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系本部分編制原則符合國(guó)家的有關(guān)法規(guī)法律，與強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。七、重大分歧意見(jiàn)的處理經(jīng)過(guò)和依據(jù)暫無(wú)。八、標(biāo)準(zhǔn)