CN105568194A - 利用稳态磁场热处理提高dz483高温合金力学性能的方法 - Google Patents

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任忠鸣
袁兆静
玄伟东
贾尚华
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    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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Abstract

本发明涉及一种利用稳态磁场热处理提高DZ483镍基高温合金力学性能的方法。本发明要点是：采用定向凝固技术制备DZ483合金，经均匀化处理和固溶处理后空冷至室温，随后进行磁场时效处理后炉冷至室温；实现提高合金的力学性能。本发明在传统热处理基础上进行改良，通过磁场热处理改善合金组织形态及力学性能。经磁场热处理后，合金的组织和力学性改善。

Description

利用稳态磁场热处理提高DZ483高温合金力学性能的方法
技术领域
本发明涉及一种利用稳态磁场热处理方法，提高镍基高温合金力学性能的方法，属于金属合金材料热处理加工技术领域。
背景技术
高温合金是指能够在600℃以上高温，承受较大复杂应力，并具有表面稳定性的高合金化铁基、镍基或钴基奥氏体金属材料。高温合金具有一系列优良的综合力学性能，如：较高的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能以及良好的疲劳性能、断裂韧性、塑性。在航空发动机中，高温合金主要用于四大热端部件：导向器、涡轮叶片、涡轮盘和燃烧室。此外，高温合金还是火箭发动机及燃气轮机等高温热端部件不可替代的材料。随着发动机推重比的增大，涡轮入口温度不断提高，对高温合金力学性能的要求越来越高。
为了提高高温合金的力学性能，通常在高温合金中加入Cr、W、Mo、Ta、Al、Ti和B等合金化元素而达到固溶强化、沉淀强化和晶界强化的目的。但是，当高温合金成分一定时，只有通过改善高温合金的加工工艺才能提高合金的力学性能。热处理工艺方法是材料科学中改善材料综合性能的重要手段之一。通过合适的固溶处理和时效处理，强化相γ′可以从γ基体中均匀析出，从而大大改善高温合金力学性能。
目前，传统热处理工艺方法在提高高温合金的力学性能方面已非常成熟，借助热处理技术进一步提高合金力学性能已经存在很大困难。这就要求人们寻求新的热处理方法以便更大程度提高高温合金性能。美国RDCA公司的Bassett在1959年最先提出将外磁场作用于金属的热处理工艺中以改变材料的组织及性能，这种方法即所谓磁场热处理。
磁场作为一种物理场，其作用实质与温度场、应力场等传统能量场类似，是一种能量传递过程，通过磁场热处理工艺，不需要改变合金的成分或原有的热处理工艺参数，也可以达到提高合金力学性能的目的，降低成本，操作简单，处理方便。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用磁场热处理提高DZ483镍基高温合金力学性能的方法，该方法能改善合金组织，同时降低能耗，节约成本。本发明以DZ483高温合金为实验材料，其化学成分（wt.%）为：Ni-12.29Cr-9.0Co-3.76W-1.99Mo-3.44Al-4.01Ti-4.91Ta-0.08C-0.015B。
本发明的技术方案如下：采用定向凝固技术制备DZ483合金试样，经均匀化处理和固溶处理后空冷至室温，再将其进行磁场时效处理后炉冷至室温。
本发明一种利用稳态磁场热处理提高DZ483合金力学性能的方法，其特征在于具有以下过程和步骤：（a）均匀化处理：合金试样以10oC/min加热至1204oC保温1小时；（b）固溶处理：试样加热至1265oC保温1小时，空冷至室温；（c）磁场时效处理：将试样在磁场下加热至1080oC，保温4小时，随炉冷却至室温。将试样放置在均匀磁场区间，磁场强度在0T~12T之间，性能测试表明12T磁场热处理能获得较好的力学性能。
本发明具有如下特点和优点：
（1）本发明是在传统热处理方法基础上进行改良，通过磁场热处理改善DZ483合金的组织和性能，方法简单，易于操作。
（2）与传统热处理法相比，本发明可以改善DZ483合金枝晶偏析严重问题，获得均匀分布的组织。
（3）本发明不需要改变合金的成分和热处理工艺参数，达到提高合金机械性能的目的，从而大大降低因选择热处理工艺参数进行重复性实验的成本，节省时间，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明的通用实验装置图。
图2为有、无磁场热处理后DZ483合金组织形貌。（a）0T，（b）12T。
图3为采用本发明实施例1中显微硬度与磁场强度关系的分布图。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1：
采用线切割技术，将定向凝固的DZ483合金切割成Φ16mm×70mm的圆棒。将DZ483合金试样放入石英管中，用橡皮塞密封石英管，并通入氩气保护试样。将试样放入硅碳管加热炉的均匀温度区间，进行热处理。磁场热处理过程为：试样先在磁场外进行均匀化和固溶处理，最后在磁场下进行时效处理。具体步骤如下：（1）均匀化处理；以10℃/min的升温速率加热至1204℃，保温1小时。（2）固溶处理；将试样加热至1265℃，保温1h，然后空冷至室温。（3）磁场时效处理；将热处理炉放入超导磁体中，试样位于磁场及温度均匀区间，实验装置如图1所示。通入氩气30分钟后，以10℃/min升温至1080℃，保温4小时，炉冷至室温。在时效过程中，分别施加2T、4T、6T、10T和12T强磁场。
将磁场热处理后的试样进行打磨，抛光。用扫描电子显微镜观察试样的组织形态，如图2所示。经磁场热处理后的组织分布均匀，γ′相呈立方形。图2(b)为12T磁场作用下DZ483的合金组织。
采用显微硬度计MH-3对试样进行显微硬度测试，每个试样随机打5个点，以平均值作为该样品的显微硬度值。图3是合金硬度随磁场强度变化规律。DZ483合金的显微硬度随着磁场强度的增加而增加。在0T时，显微硬度值为393HV。在12T时，显微硬度值为408HV，提高了4%。
将磁场时效处理后的样品加工成直径为Φ5mm的拉伸试样。对试样进行拉伸性能测试，相同实验条件下测试5个试样，以平均值作为该试样的拉伸性能。拉伸性能如表1所示。在上述工艺过程中，无磁场时效时，合金的抗拉强度为676MPa，延伸率为20.88%。施加12T磁场后，合金的抗拉强度为686MPa，延伸率为22.32%。施加12T磁场后合金的抗拉强度提高了约1.5%，延伸率提高了约6.9%。磁场时效处理对合金的断面收缩率无明显影响。

Claims (1)

1.一种利用稳态磁场热处理提高DZ483合金力学性能的方法，其特征在于具有以下过程和步骤：（a）均匀化处理:合金试样以10oC/min加热至1204oC保温1小时；（b）固溶处理:试样加热至1265oC保温1小时，空冷至室温；（c）磁场时效处理：将试样放置在12T均匀磁场下，加热至1080oC，保温4小时，随炉冷却至室温；经磁场热处理后，合金试样组织均匀、排列整齐，合金力学性能得到改善。
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