CN103103465A - 一种gh4698合金热处理方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种GH4698合金锻件细化晶粒、提高强度及韧性的热处理工艺，其工艺步骤为：在900～1050℃处理至少5小时，冷却；在580～700℃低温时效处理至少15小时，冷却；在710℃～810℃一次高温时效处理至少10小时，冷却。此三道工序结束后锻件强度高、塑性好，但是冲击性能较差，因此最后在780℃～880℃进行最后一次时效，保温较短时间后空冷至室温。此四道工序结束后，锻件的晶粒度保持在5～6级不变，晶粒没有长大，强度及塑性没有损失，但是冲击韧性有较大的提高。本发明适用于所有生产及使用GH4698锻件的企业单位，可使其锻件满足更高的晶粒细化和高强韧性要求。
Description
技术领域
本发明涉及变形高温合金锻件的热处理方法领域，具体地，本发明涉及一种GH4698合金、其热处理方法及其用途。
背景技术
GH4698合金是一种以γ'相为强化相的沉淀强化型镍基高温合金，是在GH4033合金基础上补充合金化发展而成的。它利用铬、钼等元素进行固溶强化，铝、钛、铌进行时效强化，（Al+Ti+Nb）含量达6.2%，强化程度较高，在500℃～750℃具有较高的强度、良好的塑性以及较好的持久、蠕变、疲劳等性能，广泛用于制造航空发动机涡轮盘、压气机盘、承力环、紧固件等重要这些零件。这些零件大部分属于关键件，均承受复杂应力。不同的零件因工作条件不同，要求合金的力学性能也不同。前苏联所采用的热处理制度主要有以下两种：
（1）标准热处理制度1100~1120℃×8h，空冷+1000℃×4h，空冷+775℃×16h，空冷；
（2）四段式热处理制度1100~1120℃×8h，空冷+1000℃×4h，空冷+775℃×16h，空冷+700℃×16h，空冷。
GH4698合金经标准热处理制度处理后，其抗拉强度、屈服强度、持久强度均较低，但塑性和冲击韧性却高于四段式热处理制度的。而GH4698合金的特大型涡轮盘对性能提出了较高的要求，即涡轮盘的塑性和冲击韧性必须达到标准热处理后的要求，而强度应达到四段式热处理后的要求。但是现有技术对GH4698合金的热处理均不能满足需要。
例如秦鹤勇等（GH4698合金的热处理制度，秦鹤勇，焦兰英，张北江，胥国华，钢铁研究学报，第19卷第2期，2007年2月）在现有GH4698合金热处理制度研究的基础上，提出了两种新型的热处理制度：①去除原有热处理制度中的二次固溶；②采用先低温时效，后高温时效的倒双级时效方法。研究了这两种热处理制度对GH4698合金棒材组织和性能的影响。最终得到了一种新型的适合于GH4698合金的热处理制度：1000℃×8h，AC(空冷)+650℃×20h，AC+775℃×16h，AC。采用此热处理工艺进行热处理，虽然晶粒度、强度、塑性值与本发明所述方法处理后所得值相当，均为较优值，但其冲击韧性却非常差，几乎不能满足常规要求，即此工艺是在损失韧性的基础上来提高强度及塑性。
因此，这就要求进一步探索GH4698合金的热处理制度，以使合金综合性能达到最佳配合。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种GH4698合金的热处理方法，该方法不采用二次固溶处理，而改用一次固溶，然后低温时效后高温时效，共进行3次时效的热处理制度，采用该方法能细化晶粒，提高锻件的综合力学性能，得到较理想的综合性能。
所述GH4698合金的热处理方法，包括以下步骤：
（1）在900～1050℃处理至少5小时，冷却，使晶界及晶内均析出大γ'相，晶粒度细化至5～6级左右；
（2）在580～700℃低温时效处理至少15小时，冷却，此阶段为预备阶段，为后续不同尺寸的γ'析出做准备；
（3）在710℃～810℃一次高温时效处理至少10小时，冷却，使晶界及晶内均析出较小的γ'相；
（4）在780℃～880℃二次高温时效处理至少5小时，冷却，最后晶界及晶内均存在不同尺寸的γ'相，且晶粒度仍保持在5～6级左右。
优选地，用于所述热处理方法的GH4698合金的原始晶粒度为5级左右（例如4.5~5.5级），组织均匀，可以出现个别粗大晶粒等要求
优选地，步骤（1）所述处理温度为950~1030℃，进一步优选为990~1000℃，特别优选为1000℃。
优选地，步骤（1）所述处理时间为7~15小时，进一步优选为8~10小时，特别优选为8小时。
优选地，步骤（1）所述冷却为出炉空冷。
优选地，步骤（1）所述冷却终点为室温。
优选地，步骤（2）所述低温时效处理温度为620~680℃，进一步优选为640~650℃，特别优选为650℃。
优选地，步骤（2）所述低温时效处理时间为18~32小时，进一步优选为20~25小时，特别优选为20小时。
优选地，步骤（2）所述冷却为出炉空冷。
优选地，步骤（2）所述冷却终点为室温。
优选地，步骤（3）所述高温时效处理温度为740~800℃，进一步优选为770~780℃，特别优选为775℃。
优选地，步骤（3）所述高温时效处理时间为13~24小时，进一步优选为16~18小时，特别优选为16小时。
优选地，步骤（3）所述冷却为出炉空冷。
优选地，步骤（3）所述冷却终点为室温。
优选地，步骤（4）所述高温时效处理温度为790~840℃，进一步优选为800~810℃，特别优选为800℃。
优选地，步骤（4）所述高温时效处理时间为7~15小时，进一步优选为8~10小时，特别优选为8小时。
优选地，步骤（4）所述冷却为出炉空冷。
特别优选，所述GH4698合金的热处理方法，包括以下步骤：
（1）在1000℃处理8小时，出炉空冷至室温；
（2）在650℃低温时效处理20小时，出炉空冷至室温；
（3）在775℃一次高温时效处理16小时，出炉空冷至室温；
（4）在800℃二次高温时效处理8小时，出炉空冷。
本发明的目的之一在于提供一种GH4698合金，所述GH4698合金由本发明所述热处理方法处理。
本发明的目的之一在于提供一种所述GH4698合金的用途，所述GH4698合金用于制造涡轮盘，特别优选用于制造直径不小于1000mm的特大型涡轮盘。采用本发明所述热处理方法制备的GH4698合金的塑性和冲击韧性达到标准热处理后的要求，而强度达到四段式热处理后的要求，因此能用于制造直径不小于1000mm的特大型涡轮盘。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明所述的GH4698合金的热处理工艺方法，采用固溶+三次时效，可以有效的控制晶粒的长大；经过本发明所述热处理方法处理后，锻件在获得较高的强度、塑性以及细晶粒的同时，其冲击韧性也较高，使其综合性能最佳，满足更高的使用要求。
附图说明
图1是本发明实施例1的热处理方法制备的GH4698合金的金相组织图。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
以下实施例热处理使用的设备为炉温均匀性为±10℃的热处理炉。
实施例1
（1）加热GH4698锻件到1000℃的温度，到温后并保温8小时，保温结束后出炉空冷至室温；
（2）加热GH4698锻件到650℃的温度，到温后并保温20小时，保温结束后出炉空冷至室温；
（3）加热GH4698锻件到775℃的温度，到温后并保温16小时，保温结束后出炉空冷至室温；
（4）加热GH4698锻件到800℃的温度，到温后并保温8小时，保温结束后出炉空冷至室温。
本实施例热处理后的GH4698锻件的显微组织见图1。
根据GB/T228-2002的规定对本实施例热处理后得到的GH4698锻件进行力学性能测试，结果如表1所示。
实施例2
（1）加热GH4698锻件到900℃的温度，到温后并保温15小时，保温结束后出炉空冷至室温；
（2）加热GH4698锻件到580℃的温度，到温后并保温30小时，保温结束后出炉空冷至室温；
（3）加热GH4698锻件到710℃的温度，到温后并保温20小时，保温结束后出炉空冷至室温；
（4）加热GH4698锻件到780℃的温度，到温后并保温10小时，保温结束后出炉空冷至室温。
根据GB/T228-2002的规定对本实施例热处理后得到的GH4698锻件进行力学性能测试，结果如表1所示。
实施例3
（1）加热GH4698锻件到1050℃的温度，到温后并保温5小时，保温结束后出炉空冷至室温；
（2）加热GH4698锻件到700℃的温度，到温后并保温15小时，保温结束后出炉空冷至室温；
（3）加热GH4698锻件到810℃的温度，到温后并保温10小时，保温结束后出炉空冷至室温；
（4）加热GH4698锻件到880℃的温度，到温后并保温5小时，保温结束后出炉空冷至室温。
根据GB/T228-2002的规定对本实施例热处理后得到的GH4698锻件进行力学性能测试，结果如表1所示。
实施例4
（1）加热GH4698锻件到950℃的温度，到温后并保温10小时，保温结束后出炉空冷至室温；
（2）加热GH4698锻件到620℃的温度，到温后并保温25小时，保温结束后出炉空冷至室温；
（3）加热GH4698锻件到740℃的温度，到温后并保温22小时，保温结束后出炉空冷至室温；
（4）加热GH4698锻件到840℃的温度，到温后并保温7小时，保温结束后出炉空冷至室温。
根据GB/T228-2002的规定对本实施例热处理后得到的GH4698锻件进行力学性能测试，结果如表1所示。
对比例
所述对比例为俄罗斯标准热处理工艺和四段式热处理制度处理后所得的GH4698锻件性能，以及一种新型的适合于GH4698合金的热处理制度：1000℃×8h，AC(空冷)+650℃×20h，AC+775℃×16h，AC处理后所得的GH4698锻件性能。
根据GB/T228-2002的规定对对比例得到的GH4698锻件进行力学性能测试，结果如表1所示。
表1
其中，σb为抗拉强度，σ0.2为材料发生0.2%延伸率时的应力，即屈服强度，δ5为断后伸长率，ψ为断面收缩率。
由以上实验结果可知，采用本发明所述低温固溶+三次时效制度，使晶粒不长大，可获得比现有热处理制度更加优良的综合力学性能。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法设备和方法流程，但本发明并不局限于上述详细方法设备和方法流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法设备和方法流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种GH4698合金的热处理方法，包括以下步骤：
（1）在900～1050℃处理至少5小时，冷却；
（2）在580～700℃低温时效处理至少15小时，冷却；
（3）在710℃～810℃一次高温时效处理至少10小时，冷却；
（4）在780℃～880℃二次高温时效处理至少5小时，冷却。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，作为所述热处理方法原料的GH4698合金的晶粒度为4.5~5.5级，特别优选为5级；
优选地，步骤（1）所述处理温度为950~1030℃，进一步优选为990~1000℃，特别优选为1000℃；
优选地，步骤（1）所述处理时间为7~15小时，进一步优选为8~10小时，特别优选为8小时；
优选地，步骤（1）所述冷却为出炉空冷；
优选地，步骤（1）所述冷却终点为室温。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述低温时效处理温度为620~680℃，进一步优选为640~650℃，特别优选为650℃；
优选地，步骤（2）所述低温时效处理时间为18~32小时，进一步优选为20~25小时，特别优选为20小时；
优选地，步骤（2）所述冷却为出炉空冷；
优选地，步骤（2）所述冷却终点为室温。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤（3）所述高温时效处理温度为740~800℃，进一步优选为770~780℃，特别优选为775℃；
优选地，步骤（3）所述高温时效处理时间为13~24小时，进一步优选为16~18小时，特别优选为16小时；
优选地，步骤（3）所述冷却为出炉空冷；
优选地，步骤（3）所述冷却终点为室温。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述高温时效处理温度为790~840℃，进一步优选为800~810℃，特别优选为800℃。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述高温时效处理时间为7~15小时，进一步优选为8~10小时，特别优选为8小时；
优选地，步骤（4）所述冷却为出炉空冷。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）在1000℃处理8小时，出炉空冷至室温；
（2）在650℃低温时效处理20小时，出炉空冷至室温；
（3）在775℃一次高温时效处理16小时，出炉空冷至室温；
（4）在800℃二次高温时效处理8小时，出炉空冷。
8.一种GH4698合金，其特征在于，所述GH4698合金由权利要求1-7任一项所述的方法制备。
9.一种如权利要求8所述的GH4698合金的用途，其特征在于，所述GH4698合金用于制造涡轮盘。
10.如权利要求9所述的GH4698合金的用途，其特征在于，所述GH4698合金用于制造直径不小于1000mm的特大型涡轮盘。
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