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锻造是金属最为常见的加工工艺之一，经过锻造处理的金属被赋予更多形状与性能，以适应不同领域的需求。因为高温合金本身的特殊性，在接受锻造时要要注意的因素很多，本文对开展分析。
锻造，即对金属进行加热处理，使其上升至一定温度，随后借助外力作用使其产生合理塑性变形，确保变形到标准规定的形态，在处理过程中确保金属不发生破裂的加工技术与工艺。锻造高温合金的作用机理，即基于金属材料本身处于高温环境下具备的高强度可塑性，借助对其施加外力作用而确保形状发生预定变化，加工出需要的构件或坯料。高温合金锻造基于高温环境下的塑性变形处理，通常涵盖弹性变形、塑性变形、破裂三种不同环节。
这一阶段为金属基于高温变形的初始时期，在该环节内，基于高温环境并有外力对其进行作用时，金属内所有原子结构均有微小位移现象形成，一旦外力不再产生作用，则金属可恢复其原本形态。 这一阶段为金属基于高温变形的第二时期，处于此环节期间，金属内原子结构基于外力影响而形成永久性位置移动，一旦外力不再产生作用，金属也不会再恢复其原本形态，因此此阶段为高温合金锻造最重要且不可或缺的环节。 当高温环境下对金融塑性变形处理至极限阶段，金属本身的连续性和完整性被外力作用发生损坏，形成裂纹或断裂。 在高温合金锻造的过程中，冶金因素会对其形成影响，继而使高温合金锻造性能发生变化。通常而言，冶金因素对高温合金锻造性能形成的显著影响表现在不同层面，如熔炼方法、径锻工艺及化学成分等均会对其形成不可忽略的显著影响。 高温合金锻造选用差异化的金融熔炼方法，自然会对锻造高温合金的具体性能形成一定程度的影响。例如，选用电渣重熔作为高温合金锻造冶炼的技术方法，则合金棒材对应的平均晶粒度，对照选用真空自耗重锻造冶炼的合金棒材直径为小。另外，电渣重熔加工出来的高温合金有着更平滑的缺口，因此未来使用寿命更持久，性能方面更优越，且不存在缺口敏感性。 锻造工艺对高温合金锻造性能同样有着不可忽略的显著影响。一是锻造温度对高温合金锻造性能的影响。高温合金锻造温度通常设定的范围为高于1200℃且低于1300℃这一区间。科学且合理的锻造温度能减少金属高温时的变形阻力，使锻造金属整个过程内的材料流动性得到提升，金属成形性更为良好。二是锻造方式对高温合金锻造性能的影响。自由锻造工艺能够确保高温合金产品质量得到有效提升，优化合金组织结构，确保合金力学性能实现的同时，提升其耐腐蚀性能。三是锻造参数。设计不同温度的锻造参数同样会对高温合金锻造磨损性能产生明显影响一影响。例如，始锻温度由1060℃提升高1140℃，而终锻温度由860℃随之上调到940℃，均会造成锻造室温和高温磨损体积先行变小，随后加大，合金耐磨损性能同样先升后降。 高温合金锻造化学成分的配比设计是确保高温合金实现所需锻造性能的根本，因此要科学确定化学成分。例如，800HT高温合金核心化学元素涵盖镍、铬、铁、钛、铝等，调整上述元素的占比及含量会进一步提升高温合金经锻造处理后的抗高温强度、抗氧化性能及抗腐蚀程度。 综上分析可知，冶金因素不可避免会对高温合金锻造性能形成各个方面的影响，而合理设定熔炼方法、科学选用锻造工艺及有效调整合金化学成分，均会提升高温合金锻造的冶金性能，确保金属可适应不同应用场景的锻造需求。 在对高温合金进行锻造熔炼期间，诸多冶金因素会不可避免地影响该合金的具体性能，并且这些因素中，以熔炼方法形成的作用及影响最为直接与重要。以下基于样本金属，探讨冶金元素对于高温合金锻造熔炼性能影响的内在联系。 选用GH4169合金，该类合金处于-253~650℃时力学性能出色，因此在不同工业领域应用较为全面且广泛，如航空航天、核能发电及石油化工等。据统计数据显示，GH4169 合金制造了上述领域近35%的合金产品，其应用正在不断拓展。航空领域所用GH4169 合金在接受热加工工艺处理，对于参数控制与设置对照其他合金锻造存在显著不同。通常高温合金固溶处理所需温度数据（950~980℃）相对偏高，一般设定超过静态再结晶温度。而GH4169合金借助固溶处理则无需上述温度数据，即不超过静态再结晶温度（1005~1020℃），在处于低于静态再结晶温度背景下，热处理可确保GH4169合金晶粒尺寸不被改变。另外，GH4169 合金的典型特征是抗变形抗性强且温度不高，使其在各个工业领域锻造熔炼过程中，确保动态结晶不会出现，后期展开固溶处理时，也要确保静态再结晶现象不会发生，因此对该合金开展热加工时，要明确工艺选用与参数设定，使锻造过程受到科学控制，提升合金性能。通常加工或生产GH4169锻造合金之时，锻造棒材生产及性能管控存在较多困难，其深层次原因即此种合金锻造熔炼时，对晶界形成作用的δ 相析出量特征与其析出分布规律过于复杂，使控制难度随之不断上升。鉴于此，一定要确保δ 相能与晶粒度保持统一且匹配，使GH4169 合金借助锻造实现预期性能，如高温可拉伸性、持久性和蠕变性。为确保δ 相能与晶粒度实现完美匹配，则一定要选用径锻工艺手段，基于加热温度、径锻时温度控制及道次延伸系数等多个因素，深入分析所有元素对合金晶粒度和δ 相析出形貌特征形成的影响。 在实际开展GH4169 高温合金的生产与锻造时，选取真空感应与真空电渣重熔以其进行熔炼，上述两种方法可确保GH4169 合金实现设定的锻造性能。加工GH4169 合金选取钢锭直径为430mm，具体化学成分及其匹配的质量分数，如表1所示。![]()
利用实验对上述GH4169 高温合金进行锻造操作。借助液压式锻机对锻造成的220mm八角胚开展锻造熔炼，使其借助锻造加工在这φ130mm 棒材，详细的锻造工艺参数，如表2所示。对锻造处理完成的φ130mm 棒材进行样本抽取，取样部位分为三处，即棒材中心位置、R/2处及边缘部位。取样结束以后，利用适合光学显微镜对上述三个位置的实验样本进行观察检测，以准确描述其晶粒度情况，随后将三个僧的晶粒度开展对比分析，进一步明确形成的差异情况后，对其δ 相形貌特征及分布规律展开总结、归纳。另外以R/2 处样本为例施加高温环境下的单向拉伸实验，规格为φ12mm×70mm，利用拉伸实验机完成此实验。该过程温度数据明确为650℃。借助单向拉伸的具体实验操作，得出基于差异化锻造手段影响样本高温合金性能的具体数据。![]()
4.1 胚料温度变化
借助液压式锻机把经过锻造成型的220mm 八角胚样本，熔炼为130mm高温合金棒材。依照试验数据可以明确，编号1 的样本设定T 为其加热的具体温度，样本编号2对应的该指标温度值应是T-50。由此可知，二者加热温度同样要存在差异，如此方可使胚料在基于适宜的初锻温控环境完成锻造，加热温度借助T 来替代，此时该指标高于δ 相熔解温度。虽然开始阶段设定的加热温度相对较高，但实际操作转移至径锻工艺阶段时，其表面温度随之下滑成940℃。与此同时，锻造熔炼时锻造构件表面温度不断加大至1000℃时，终锻匹配的表面温度则有所下降，具体数值是降到930℃。编号为2 的样本其初始加热温度设定成T-50℃时，实际操作转移至径锻工艺阶段时表面温度下降成890℃，锻造熔炼过程其最高温度可上升至900℃，但在此过程终锻表面温度则有所下降，具体数值是降到860℃。由此试验操作可知，编号1 的样本径锻畸变形成的温差相对显著，升温量最大值为70℃，而试验编号2 的畸变温度则为50℃，变化幅度对照样本一相对不大。 借助光学显微镜对锻后成品的中心及边缘两个部位的晶粒度展开对比观察，如图1、图2所示。通过图1可以发现，编号为1 的样本三个部位在锻造后形成的晶粒度对照样本2号显著为大，并且1和2两个样本在三个位置的晶粒尺寸存在显著差异，突出特征为中心及边缘两个部位分别为最大、最细。详细而言，样本1中心位置晶粒度对应级别是五级，与边缘位置晶粒度相比，二者形成3.5的等级差，R/2处的晶粒度对应级别是7 级，相较于中心位置晶粒度产生了大小均有的混晶现象。而边缘部晶粒度相对更细，且等级是8.5级，形成较为显著的混晶现象。2号样本上述三个部位接受锻造后形成的晶粒度对照一号样本细得多，且未形成大小不一的混晶现象。当然2 号样本中心位置对照其他两个位置的晶粒度相对为大，但与1 号样本对比来说，边缘部晶粒度同样细得多。![]()
图3 则是1 号与2 号两个样本在锻棒R/2 处δ 相沿晶界分布的具体列示情况。通过图3 可以明确，1 号档本晶界δ相分布形态为针状，且相对不大；2号样本晶界δ 相分布形态为短棒状，且对比来说较多。造成两者形成如此差异的原因是终锻温度波动所致。具体来说，若终锻温度数值设定较高时，晶界δ 相析出会随之变为针状且变少；若终锻温度数据设定在900~950℃这一区间时，则晶界δ相析出分布形成短棒形态且相对较多。![]()
就力学性能差异的观察分析可知，1 号样本析出晶界δ 呈现出针状形态，可认定为对材料塑性变形会形成不利影响；而1号样本晶界δ则为颗粒或短棒两种状态，如此可设定其锻造温度控制科学且合理，晶粒度细小。 综上所述，本文先行明确高温合金锻造涉及的环节内容，即弹性变形、塑性变形、破裂；随后以此基础探讨熔炼方法、锻造工艺、化学成分等冶金因素对高温合金锻造性能的影响；最后以GH4169 高温合金为例，开展实验分析与检测，从结果可知，冶金因素对于高温合金锻造性能会形成胚料温度、晶粒度、相分布及力学性能等方面形成显著影响。
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