高温合金叶片是航空、航天、舰船、能源等领域动力装备最重要的零部件之一,锻坯的微观组织及性能是保证叶片质量的关键。目前,高温合金叶片类零件少无余量精密塑性成形制坯工艺复杂。锻坯通常采用热挤压、热锻成形和机械加工等多道次加工,效率和精度低、组织性能与成形精度难以协同控制。随着航空工业的不断发展,对叶片类复杂曲面零件的尺寸精度、表面质量和性能要求不断提高。因此,发展一种代替热挤压工序,实现高效、高精度、成形控性一体化的制坯方法成为叶片类零件高效精密成形的关键。楔横轧是一种高效、近净成形技术,已在黑色金属轴类件制坯中得到广泛应用。对于镍基高温合金这种典型的航空难变形材料零件,楔横轧成形的研究很少,尤其在心部缺陷控制及微观组织演化规律的研究方面缺乏理论上的认识,制约了楔横轧技术在叶片类复杂锻件制坯中的工程应用。本文采用试验和数值模拟相结合的方法,研究GH4169合金楔横轧加工过程的心部缺陷形成机理及微观组织演变规律,为GH4169合金叶片类零件楔横轧制坯提供理论基础。首先采用等温压缩试验定量研究热变形工艺对GH4169合金微观组织及δ相演变规律的影响,探索GH4169合金在热变形过程中的微观组织演变规律及片层状δ相的溶解断裂行为。通过对变形后GH4169合金试样的微观组织,δ相形貌及位错分布进行表征,建立片层状δ相的球化过程模型,揭示片层状δ相在热变形过程中的球化机理。通过对GH4169合金楔横轧过程进行热力耦合数值模拟,分析轧制工艺及模具结构对楔横轧成形的影响,研究轧制过程中应力应变状态、金属流动、损伤等的演化规律,探讨第二相及动态再结晶对心部缺陷的影响,揭示GH4169合金楔横轧心部缺陷形成机理。研究发现:轧件心部金属有径向异常流动的趋势,是导致心部疏松的重要原因;且异常流动区域存在临界半径,可以通过控制轧制速度、展宽角和断面收缩率来减小异常流动的临界半径;片层状δ相易导致轧件心部出现微裂纹,楔横轧成形使片层状δ相发生变形,转变成短棒状或颗粒状,促进动态再结晶,对心部疏松缺陷起到愈合作用。采用金相显微镜(OM),电子背散射衍射技术(EBSD),扫描电镜(SEM)和定量X射线扫描(XRD)技术对不同热处理状态GH4169合金楔横轧件微观组织及δ相形貌、含量等进行表征。研究GH4169合金楔横轧件晶粒取向、孪晶、取向差分布以及织构类型,探讨GH4169合金楔横轧制过程中微观组织演变规律及动态再结晶机制,为精确调控轧件微观组织及δ相演化提供理论依据。研究结果表明,楔横轧成形过程中动态再结晶由轧件表层逐渐向心部扩展,楔横轧GH4169合金动态再结晶晶粒中存在不同变体类型的孪晶;动态再结晶机制为非连续动态再结晶;在相同的轧制工艺条件下,预析出δ相GH4169合金轧件表层δ相在轧制过程中完全球化,以颗粒状分布在晶界上,为动态再结晶提供了更多的形核质点,促进了动态再结晶的发生,有利于获得细小的再结晶晶粒;预析出δ相使GH4169合金的变形激活能增加,抑制了变形向心部扩展。研究GH4169合金楔横轧过程中δ相演变规律,分析楔横轧成形对δ相形貌、含量及分布规律的影响,探讨楔横轧成形过程中δ相与动态再结晶的相互作用机制;阐述楔横轧成形对GH4169合金δ相析出规律的影响及其析出动力学。研究结果表明:楔横轧成形过程中δ相以扭转断裂为主,楔横轧变形促进了 δ相的析出。通过改变楔横轧成形断面收缩率可以调控GH4169合金中δ相的析出形貌、含量及分布。在上述研究基础上,针对某型号GH4169合金叶片进行楔横轧制坯试验,对轧件的微观组织、δ相形貌以及轧件力学性能进行观测。对比分析不同轧制工艺参数下GH4169合金楔横轧件的室温拉伸性能及轧件硬度分布规律,探讨楔横轧成形对GH4169合金屈服强度的影响;采用SEM观测了拉伸件断口形貌,分析了拉伸断裂类型。试验结果表明:轧制后轧件的硬度提高,室温抗拉强度明显升高,轧件断口形貌呈均匀等轴韧窝状,为韧性断裂。