CN103643188B - 一种k465合金涡轮叶片恢复性能热处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种K465合金涡轮叶片恢复性能热处理方法属冶金技术领域，按照以下步骤进行：（1）叶片装炉；（2）随炉升温后保温：在真空或惰性气体保护下，在950℃~960℃保温40~45min，在1190℃~1200℃保温2~2.5h，在1230℃保温4~4.5h；（3）随炉降温：在冷却速率为40±25℃/min的条件下，从1230℃冷却到1000℃，用惰性气体分压冷却；1000℃时充惰性气体冷却到300℃，300℃以下打开炉门冷却。本发明对使用一个寿命后的K465合金涡轮叶片恢复性能（蠕变）效果非常明显，晶内γ′形貌由多边形或花篮状恢复为立方体形貌，更加方形化。
Description
技术领域
本发明属冶金技术领域，特别涉及一种K465合金涡轮叶片恢复性能热处理方法。
背景技术
K465合金具有较高的热强性，良好的抗氧化性能和耐腐蚀性能，广泛用于制造航空发动机涡轮叶片，而且叶片能在1000℃以下长期使用，在国际上处于领先地位。该合金为沉淀强化型铸造高温合金，其晶内γ′强化相含量在63%（体积百分比）左右，叶片的使用寿命是由晶内γ′强化相的形貌来决定的。叶片服役一个寿命（500h~600h）后，γ′相形貌由原来的方形化变为多边形或花篮状。到目前为止，国内尚无K465合金涡轮叶片性能恢复的先例。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种可通过恢复性能热处理工艺使晶内γ′相的形貌得到恢复，使其形貌更加方形化（由多边形或花篮状恢复为立方体形貌）的方法，可有效延长合金的持久寿命，使叶片的使用寿命得到提高，达到1000h~1500h，有效降低了叶片的制造成本。
本发明一种K465合金涡轮叶片恢复性能热处理方法，按照以下步骤进行：
（1）叶片装炉：将服役一个寿命的K465合金涡轮叶片垂直于工装夹具面装入真空炉；
（2）随炉升温后保温：在真空或惰性气体保护下，真空炉自室温送电、加热并随炉升温，在950℃~960℃保温40~45min，在1190℃~1200℃保温2~2.5h，从室温加热到1230℃，整个加热时间要控制在5.5~6.0h之间；在1230℃保温4~4.5h，
（3）随炉降温：在冷却速率为40±25℃/min的条件下，从1230℃冷却到1000℃，用惰性气体分压冷却；1000℃时充惰性气体冷却到300℃，冷却速率相当于空冷，气冷压强不小于0.4MPa；整个冷却过程中炉内的真空压强不高于0.133Pa，300℃以下打开炉门冷却得到恢复性能的K465合金涡轮叶片。
为防止叶片在热处理过程中发生变形，按图1、图2所示的方式垂直于工装夹具面装炉。
在真空或惰性气体保护下，真空炉自室温送电、加热并随炉升温，在950℃~960℃保温（40~45）min作为第一个保温台阶，其目的是为了使炉内叶片受热均匀；在1190℃~1200℃保温（2~2.5）h，作为第二个保温台阶，其目的是为了使叶片内的组织开始转变（γ′相开始回溶）；在1230℃保温（4~4.5）h，是为了使叶片内的组织得到充分的转变（γ′相完全回溶）；从室温加热到1230℃，整个加热时间要控制在5.5h~6.0h之间。
随炉降温分三个阶段：第一阶段，在冷却速率为（40±25）℃/min的条件下，从1230℃冷却到1000℃，允许用保护气体分压冷却；第二阶段，1000℃以下充保护（惰性）性气体冷却，冷却速率相当于空冷，气冷压强不小于0.4MPa；整个冷却过程中炉内的真空压强不高于0.133Pa。第三阶段，300℃以下打开炉门冷却得到恢复性能的K465合金涡轮叶片。
K465合金涡轮叶片恢复性能热处理工艺曲线见图3。
本发明的优点及有益效果如下：
（1）本发明对使用一个寿命后的K465合金涡轮叶片恢复性能（蠕变）效果非常明显。图4为热处理前、后叶片晶内γ′强化相形貌的对比分析，恢复性能热处理后，晶内γ′形貌由多边形或花篮状恢复为立方体形貌，其形貌较恢复性能热处理之前更加方形化。
（2）本发明简单、易行具有较强的可操作性，发明中所使用的真空炉设备国内、国外都能买到，所使用的热处理夹具亦可根据叶片的具体形状自行设计制造，而且操作简便。
（3）发明中的“随炉升温、控制时间、保温”及“随炉降温、控制冷却速率”热处理设备都有此功能，只要将热处理工艺曲线给操作者就能得以实现，没有什么困难。
说明书附图
图1为榫头向下装炉方式，其中1为叶片，2为榫头，3为热处理夹具；
图2为榫头向上装炉方式，其中1为叶片，2为榫头，3为热处理夹具；
图3为涡轮叶片恢复性能热处理工艺曲线；
图4为实施例1和实施例2恢复性能热处理前、后叶片晶内γ′形貌的对比分析，其中（a）、（b）、（c）分别为为使用500h、540h、600h叶片晶内γ′形貌；(d)、(e)分别为经恢复性能热处理4h、4.5h后叶片晶内γ′形貌；
图5为实施例1恢复性能热处理后，合金在975℃/225MPa条件下的蠕变曲线。
具体实施方式
以下实施例中K465合金化学成分见表1。
表1K465合金化学成分（wt）%
| C | Cr | Co | W | Mo | Nb | Al | Ti | Ni | |
| K465 | 0.13~0.20 | 8.0~9.5 | 9.0~10.5 | 9.5~11.0 | 1.2~2.4 | 0.8~1.2 | 5.1~6.0 | 2.0~2.9 | 余量 |
金相组织分析及力学性能测试按以下条件进行。
从同炉的试棒上切取试样观察金相组织，TEM样品在PhilipsLEM420型分析电镜上进行观察和分析，金相试样经磨平抛光腐蚀后在S360型扫描电镜上进行观察，金相及SEM试样的腐蚀液为：40%HCl+20%C2H5OH+1.5gCuSO4+40%H2O。
恢复热处理后的试棒经加工、精磨成直径为Ф5的拉伸、持久试样，室温拉伸性能在ZDM5型试验机上进行；高温持久性能在RCL-3型试验机上进行，试验温度975℃，施加应力为225MPa。
实施例1
一种K465合金涡轮叶片恢复性能热处理方法，按照以下步骤进行：
（1）叶片装炉：将服役一个寿命的K465合金涡轮叶片垂直于工装夹具面装入真空炉；如图1或图2所示；
（2）随炉升温后保温：在惰性气体保护下，真空炉自室温送电、加热并随炉升温，在950℃~960℃保温40min，在1190℃~1200℃保温2.5h，从室温加热到1230℃，整个加热时间要控制在6.0h之间；在1230℃保温4h；
（3）随炉降温：在冷却速率为40±25℃/min的条件下，从1230℃冷却到1000℃，用惰性气体分压冷却；1000℃时充惰性气体冷却到300℃，冷却速率相当于空冷，气冷压强不小于0.4MPa；整个冷却过程中炉内的真空压强不高于0.133Pa，300℃以下打开炉门冷却得到恢复性能的K465合金涡轮叶片。
图3为涡轮叶片恢复性能热处理工艺，曲线中温度值（1230±10）℃、保温时间（4~4.5）h，具有实际意义：
（1）1230℃是必须达到的温度，涡轮叶片只有在这个温度其组织、力学性能才能得以完全恢复，±10℃代表二类热处理真空炉炉温的均匀性；
（2）K465合金经1230℃恢复热处理，保温4h后，其组织由图4（a）转变为图4（d），晶内γ′形貌由多边形或花篮状恢复为立方体形貌，其形貌较恢复性能热处理之前更加方形化。其力学性能见表2；由表2可以看出，其力学性能达到了技术条件的要求。
表2热处理后的力学性能
恢复性能热处理后，合金在975℃/225MPa条件下的蠕变曲线见图5，合金具有明显的蠕变三阶段的特征，足见发明效果明显。
实施例2
实施例2和实施例1基本相同，不同点在于：（2）随炉升温后保温：在真空下，真空炉自室温送电、加热并随炉升温，在950℃~960℃保温45min，在1190℃~1200℃保温2h，从室温加热到1230℃，整个加热时间要控制在5.5h之间；在1230℃保温4.5h，
K465合金经1230℃恢复热处理保温4.5h后，其组织由图4（b）转变为图4（e），其力学性能见表3；晶内γ′形貌由多边形或花篮状恢复为立方体形貌，其形貌较恢复性能热处理之前更加方形化。由表3可以看出，其力学性能达到了技术条件的要求。
表3热处理后力学性能
恢复性能热处理后，通过合金在975℃/225MPa条件下的蠕变曲线，看出合金具有明显的蠕变三阶段的特征，足见发明效果明显。
实施例3
实施例3和实施例1基本相同，不同点在于：（2）随炉升温后保温：在真空下，真空炉自室温送电、加热并随炉升温，在950℃~960℃保温43min，在1190℃~1200℃保温2.2h，从室温加热到1230℃，整个加热时间要控制在5.7h之间；在1230℃保温（4~4.5）h。
经检测，恢复性能热处理后，晶内γ′形貌由多边形或花篮状恢复为立方体形貌，其形貌较恢复性能热处理之前更加方形化。其力学性能达到了技术条件的要求。
Claims (1)
1.一种K465合金涡轮叶片恢复性能热处理方法，按照以下步骤进行：
（1）叶片装炉：将服役一个寿命的K465合金涡轮叶片垂直于工装夹具面装入真空炉；
（2）随炉升温后保温：在真空或惰性气体保护下，真空炉自室温送电、加热并随炉升温，在950℃~960℃保温40~45min，在1190℃~1200℃保温2~2.5h，从室温加热到1230℃，整个加热时间要控制在5.5~6.0h之间；在1230℃保温4~4.5h，
（3）随炉降温：在冷却速率为40±25℃/min的条件下，从1230℃冷却到1000℃，用惰性气体分压冷却；1000℃时充惰性气体冷却到300℃，冷却速率相当于空冷，气冷压强不小于0.4MPa；300℃以下打开炉门冷却得到恢复性能的K465合金涡轮叶片；整个冷却过程中炉内的真空压强不高于0.133Pa。
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