CSTM-航空发动机转动件用高纯GH4169合金 第3部分 直接时效锻件编制说明

航空发动机转动件用高纯GH4169合金第3部分直接时效锻件HighPurityGH4169AlloyForAero-engineRotatingComponentsPart2DirectAgeForgedParts编制说明CSTM标准编制工作组2021年11月25日航空发动机转动件用高纯GH4169合金第2部分高强锻件CSTM标准编制说明一、工作简要过程1.1背景意义GH4169合金是我国产量最大、用途最广、产品种类与规格最全的高温合金，是我国大推力航空发动机的骨干高温合金材料，广泛应用于涡轮盘、压气机盘、封严盘、涡轮转子、机匣、轴及叶片等多种航空、航天领域关键零件。在某新型航空发动机中应用的GH4169合金零件达261个，零件总重量占核心机重量的60%，占发动机重量的30%以上。因此，控制锻件的质量是十分重要的。直接时效锻件是采用直接时效锻造工艺生产的GH4169合金锻件，这种工艺生产的锻件是强度最高、晶粒度最细的一类锻件，这种锻件要求锻造之后采用控制冷却的方式冷却，之后的热处理只进行时效热处理，以获得更高强度和平均晶粒度10级或更细的一种锻件。随着国内对GH4169合金研究的不断深入，冶金、加工及检验设备的不断升级，为了更好地保证航空发动机的安全可靠应用，对GH4169合金锻件的关键技术指标都进行了相应的调整，不仅明确了转动件用锻件必须采用三联冶炼工艺（真空感应＋电渣重熔+真空电弧重熔）生产的高纯GH4169合金制造，同时还对锻件的力学性能、晶粒度及超声波探伤等方面的要求也进行进一步的规范和提高。这使得目前生产中引用的型号标准、技术协议已经不能完全适用于航空发动机转动件用高纯GH4169合金直接时效锻件的要求。本标准的制定，可以将国家项目的研究成果转化成为产品的标准，进一步提高的对航空发动机转动件用高纯GH4169合金直接时效锻件的技术要求（包括：冶炼工艺、化学成分、性能、晶粒度、显微组织及超声波探伤），同时规范试验方法、检验规则和包装、标志及质量证明书，便于设计、生产、验收的统一规范管理，更好地满足国防建设对军工产品的需要。1.2来源2016年，国防科工局批复了军用关键材料进口替代专项“高纯净度GH4169合金棒材与锻件工程化研制”项目，2020年12月，本项目按照批复任务完成项目所有研制任务，并根据项目的研制攻关成果制定本标准。1.3主要参加单位和工作组成员本标准的主要参加单位和工作组成员来源于“高纯净度GH4169合金棒材与锻件工程化研制”的研制团队及高纯GH4169合金锻件的研制、生产和应用单位及其科研技术人员组成。标准牵头单位为钢铁研究总院，参加单位包括北京钢研高纳科技股份有限公司、钢铁研究总院、中国航发沈阳发动机设计研究所、中国航发北京航空材料研究院、中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司、中国航发西安航空发动机有限公司、中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司、陕西宏远航空锻造有限责任公司、贵州安大航空锻造有限责任公司。1.4主要工作流程2021年8月，标准起草单位钢铁研究总院撰写标准草案。2021年9月，标准草案完成。2021年10月，标准草案通过立项审查，CSTM标准委员会批准立项。2021年11月，形成征求意见稿。2022年2月，计划完成标准征求意见，形成意见汇总表，并对征求意见稿进行修改，形成标准送审稿。2022年4月，计划召开本标准的审查会。2022年5月，计划标准表决，报批，正式发布出版。二、标准化对象简要情况及制修订标准的原则2.1标准化对象简要情况本标准规定了航空发动机转动件用高纯GH4169合金直接时效锻件的要求、质量保证规定和交货准备等。本标准适用于航空发动机转动件用高纯GH4169合金直接时效锻件（以下简称锻件）。国内高纯GH4169合金锻件主要生产单位有北京钢研高纳科技股份有限公司、中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司、陕西宏远航空锻造有限责任公司和贵州安大航空锻造有限责任公司等。直接时效锻件主要用于生产某航空发动机高压涡轮盘、低压一级涡轮盘和压气机盘等。2.2标准编制原则标准编制遵循“统一性、协调性、适用性、一致性、规范性”的原则，尽可能与国外先进标准和型号标准接轨，注重标准的可操作性和在相关型号的适用性，本标准严格按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定进行编写和表述。三、与国内、外同类标准水平对比情况国内目前GH4169合金锻件的生产一般按照用户提出的相应型号标准、企业标准和技术协议进行生产和验收，但目前这些型号标准或协议已无法用于航空发动机转动件用高纯GH4169合金直接时效锻件的生产和验收。国内航空发动机用GH4169合金直接时效锻件主要包括合金标准和各类型号标准如下：(1)GB/T40313—2021，《变形高温合金盘锻件》，变形高温合金锻件的通用技术标准。(2)某型号标准XX10-0515-2004，《优质GH4169合金直接时效锻件》，规定了XX10发动机用优质GH4169合金直接时效锻件的规范，是本标准的基础。(3)CJ1000A的型号标准MAS7001，《盘及转动件用IN718合金锻件》，规定了CJ1000A型号的锻件要求。由于技术保密，国外对航空发动机用GH4169合金的标准是封锁的，仅可查到的一些AMS的国际宇航标准，但该类标准的技术指标控制范围宽泛，不适合国内引用。本标准在XX10-0515的基础上，结合国家课题的技术指标和攻关成果，特制定本标准，根据本标准的实际应用情况，制定型号标准并进行大规模应用。四、标准主要内容4.1标准名称本标准的中文名称为“航空发动机转动件用高纯GH4169合金第3部分直接时效锻件”，英文名称为“HighPurityGH4169AlloyForAero-engineRotatingComponentsPart2DirectAgeForgedParts”。4.2标准内容标准中的主要技术主要技术要素及参数包括：冶炼工艺、化学成分、性能指标、晶粒度要求、显微组织及超声波探伤的控制（详见征求意见稿），同时对试验方法、检验规则和包装、标志及质量证明书等方面都进行了规范。重点标准内容包括：1冶炼方式采用真空感应熔炼+电渣重熔+真空电弧重熔组成的三联冶炼工艺生产。2高纯GH4169化学成分规定的各元素含量范围与现行型号标准规定明显变窄：如C含量从0.015~0.06%缩小到0.012~0.036%，S含量从≤0.002%降低到≤0.001%，O含量从≤0.005%降低到≤0.0025%，Nb含量从5.00~5.50%缩小到5.20~5.55%，Ni含量从50~55%缩小到52~55%，Cr含量从17~21%缩小到17~19%，Mo含量从2.80~3.30%缩小到2.80~3.15%，Al含量也从0.30~0.70%缩小到0.35~0.65%。3各项力学性能指标与现行型号标准进行了提高：如650℃/700MPa持久寿命从25h提高到75h，595℃/825MPa/25h蠕变条件提升至595℃/825MPa/30h，总塑性变形量仍为不超过0.2%，疲劳条件从“455℃/应变比0.95±0.02，最大应变值0.0085mm/mm”变化为“399℃/应变比0.95±0.02，最大应变值0.0067mm/mm”，断裂周次从不小于8000次提升至不小于30000次循环。超声探伤要求从AA级提升到AAA级。但是考虑到测试成本和周期，对长时间力学性能测试分为质量一致性检验和周期性检验。4增加了锻件残余应力检验要求和规定。五、主要试验结果的分析统计分析了多批次高纯GH4169合金直接时效锻件的力学性能，如图5-1所示。由图可知高纯GH4169合金直接时效锻件的各项性能均满足课题指标要求，制订的标准对高纯GH4169合金直接时效锻件性能指标具有较高适用性。（a）（b）（c）（d）（e）（f）图5-1高纯GH4169合金直接时效锻件力学性能分布统计六、与有关的现行法律、法规和强制性标准的关系本部分编制原则符合国家的有关法规法律，与强制性标准协调一致。七、重大分歧意见的处理经过和依据暂无。八、标准