CN105603259A - 一种in718合金的粉末冶金方法 - Google Patents

Abstract

一种IN718合金的粉末冶金方法，包括以下步骤：步骤1，采用等离子旋转电极法制备IN718合金的球形粉末；步骤2，将球形粉末装入不锈钢包套，在400℃～800℃下真空脱气4～8小时，将包套口封焊；步骤3，对封焊后包套进行热等静压处理，处理工艺为：先在1210～1270℃温度、大于120MPa的压力下保温保压2～4小时，在压力不变条件下将温度降为1100～1160℃，继续保温保压2～4小时，最后在每分钟大于50℃的冷却速度下冷却至室温；本发明工艺简单，仅变化热等静压温度，不额外增加加工工序，在不增加成本的情况下，能够有效消除颗粒表面碳、氧化物的不利影响，显著提高合金力学性能。

Description

一种IN718合金的粉末冶金方法

技术领域

本发明属于合金球形粉末制备技术领域，具体涉及一种IN718合金的粉末冶金方法。

背景技术

INCONEL718合金（简称IN718合金）是一种奥氏体基，以固溶强化、晶界强化等手段进行合金强化的镍基高温合金，在-253～650℃之间具有良好的综合力学性能和抗腐蚀性能。IN718合金以其优异的性能和广泛的用途在整个高温合金产业中占有绝对的优势地位，广泛应用于航空、航天、石油、化工及能源等各个领域。由于IN718合金中强化元素的含量和种类较多，合金化程度较高，采用传统的变形和铸造工艺，铸锭偏析严重，热加工性能差，成型困难。采用粉末冶金工艺可以有效控制合金化学成分和晶粒尺寸，制备高性能的IN718合金。

在航空航天应用领域，采用金属热等静压技术可制备出致密度接近100%的粉末冶金部件，该技术已成功应用于不锈钢等传统合金中。但是由于IN718合金中富含Ti、Al、Zr等高活性元素，在粉末颗粒表面会形成稳定的网状碳、氧化物层，阻碍粉末颗粒之间的元素扩散和冶金结合，使合金力学性能显著下降。为此，国内外学者采用了粉末预热处理、高温固溶处理、热挤压变形等方法消除这一粉末冶金缺陷，对减少碳、氧化物在粉末表面的聚集起到一定效果，但效果并不明显，且增加了加工成本。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种IN718合金的粉末冶金方法，通过该方法制备出满足航空航天领域需要的IN718合金粉末冶金部件。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种IN718合金的粉末冶金方法，包括以下步骤：

步骤1，采用等离子旋转电极法（PREP法）制备IN718合金的球形粉末，IN718合金的球形粉末粒度在0～150μm，球形粉末中O含量小于0.003%，C含量小于0.025%；

步骤2，将球形粉末装入不锈钢包套，在400℃～800℃下真空脱气4～8小时，将包套口封焊；

步骤3，对封焊后包套进行热等静压处理，处理工艺为：先在1210～1270℃温度、大于120MPa的压力下保温保压2～4小时，在压力不变条件下将温度降为1100～1160℃，继续保温保压2～4小时，最后在每分钟大于50℃的冷却速度下冷却至室温。

所述步骤1中IN718球形粉末的制备、储存及运输过程均在真空或惰性气体保护下进行。

所述步骤2中真空度为5×10^-2Pa。

本发明的有益效果是：

该方法选择PREP法制备的IN718合金球形粉末，采用两段式包套热等静压工艺，获得致密度接近100%、力学性能良好的IN718合金。PREP球形粉末与氩气雾化（AA法）粉末相比，粒度分布更窄，有控制合金晶粒尺寸，实现组织均匀化；空心粉数量极少，有利于合金的致密化；控制粉末中的碳、氧含量，并采用两段式热等静压，有效抑制了粉末表面网状碳、氧化物的形成。

其中两段式热等静压的原理为：第一阶段在接近IN718合金液相温度下热等静压，使颗粒表面富含Ti、Al、Zr等元素的析出相溶解，破坏碳、氧化物网状结构，促进粉末颗粒之间的元素扩散和冶金结合，此时颗粒表面由于成分偏析会发生局部熔化，第二阶段在IN718合金完全固相温度下热等静压，消除由于局部熔化产生的成分偏析和微小空隙，进一步提高合金均匀性和致密度。

本发明工艺简单，仅变化热等静压温度，不额外增加加工工序，在不增加成本的情况下，能够有效消除颗粒表面碳、氧化物的不利影响，显著提高合金力学性能。

附图说明

图1为本发明IN718合金的热等静压工艺曲线图。

图2为本发明采用PREP法制备的IN718合金球形粉末形貌图。

图3为本发明采用两段式热等静压工艺烧结后IN718合金金相组织图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

一种IN718合金的粉末冶金方法，包括以下步骤：

步骤1，采用等离子旋转电极法（PREP法）制备IN718合金的球形粉末，IN718合金的球形粉末粒度范围0～45μm，IN718合金的球形粉末中O含量为0.003%，C含量为0.025%，IN718合金球形粉末的制备、储存及运输过程均在真空下进行；

步骤2，将IN718合金的球形粉末装入不锈钢包套，在温度800℃、真空度5×10^-2Pa下真空脱气8小时，将包套口封焊；

步骤3，对封焊后包套进行热等静压处理，处理工艺为：先在1270℃温度、120MPa压力下保温保压4小时，然后在压力不变条件下将温度降为1160℃，继续保温保压4小时，最后在每分钟50℃的冷却速度下冷却至室温。

本发明IN718合金的粉末冶金方法，选择杂质含量更低，空心粉数量极少的PREP法制备的IN718合金的球形粉末，提高了合金的致密化程度，有效控制合金晶粒尺寸和碳、氧含量，同时采用两段式热等静压，有效抑制了粉末表面网状碳、氧化物的形成。在不额外增加加工工序和加工成本的情况下，显著提高了合金力学性能。最终获得获得致密度为99.7%、平均晶粒尺寸40μm的IN718合金的粉末。

实施例2

一种IN718合金的粉末冶金方法，包括以下步骤：

步骤1，采用等离子旋转电极法（PREP法）制备IN718合金的球形粉末，球形粉末粒度范围45～105μm，球形粉末中O含量为0.002%，C含量为0.02%，球形粉末的制备、储存及运输过程均在惰性气体保护下进行；

步骤2，将IN718合金的球形粉末装入不锈钢包套，在温度600℃、真空度5×10^-2Pa下真空脱气6小时，将包套口封焊；

步骤3，对封焊后包套进行热等静压处理，处理工艺为：先在1240℃温度、130MPa压力下保温保压3小时，然后在压力不变条件下将温度降为1130℃，继续保温保压3小时，最后在每分钟60℃的冷却速度下冷却至室温。

本发明IN718合金的粉末冶金方法，选择杂质含量更低，空心粉数量极少的PREP法制备的IN718合金球形粉末，提高了合金的致密化程度，有效控制合金晶粒尺寸和碳、氧含量，同时采用两段式热等静压，有效抑制了粉末表面网状碳、氧化物的形成。在不额外增加加工工序和加工成本的情况下，显著提高了合金力学性能。最终获得获得致密度为99.8%、平均晶粒尺寸85μm的IN718合金。

实施例3

一种IN718合金的粉末冶金方法，包括以下步骤：

步骤1，采用等离子旋转电极法（PREP法）制备IN718合金的球形粉末，球形粉末粒度范围105～150μm，球形粉末中O含量为0.001%，C含量为0.015%，球形粉末的制备、储存及运输过程均应在惰性气体保护下进行；

步骤2，将IN718合金的球形粉末装入不锈钢包套，在温度400℃、真空度5×10^-2Pa下真空脱气4小时，将包套口封焊；

步骤3，对封焊后包套进行热等静压处理，处理工艺为：先在1210℃温度、120MPa压力下保温保压2小时，然后在压力不变条件下将温度降为1100℃，继续保温保压2小时，最后在每分钟55℃的冷却速度下冷却至室温。

本发明IN718合金的粉末冶金方法，选择杂质含量更低，空心粉数量极少的PREP法制备的IN718合金球形粉末，提高了合金的致密化程度，有效控制合金晶粒尺寸和碳、氧含量，同时采用两段式热等静压，有效抑制了粉末表面网状碳、氧化物的形成。在不额外增加加工工序和加工成本的情况下，显著提高了合金力学性能。最终获得获得致密度为99.9%、平均晶粒尺寸125μm的IN718合金。

Claims (6)

1.一种IN718合金的粉末冶金方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采用等离子旋转电极法制备IN718合金的球形粉末，IN718合金的球形粉末粒度在0～150μm，球形粉末中O含量小于0.003%，C含量小于0.025%；

步骤2，将球形粉末装入不锈钢包套，在400℃～800℃下真空脱气4～8小时，将包套口封焊；

步骤3，对封焊后包套进行热等静压处理，处理工艺为：先在1210～1270℃温度、大于120MPa的压力下保温保压2～4小时，在压力不变条件下将温度降为1100～1160℃，继续保温保压2～4小时，最后在每分钟大于50℃的冷却速度下冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的一种IN718合金的粉末冶金方法，其特征在于，所述步骤1中IN718球形粉末的制备、储存及运输过程均在真空或惰性气体保护下进行。

3.根据权利要求1所述的一种IN718合金的粉末冶金方法，其特征在于，所述步骤2中真空度为5×10^-2Pa。

4.根据权利要求1所述的一种IN718合金的粉末冶金方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采用等离子旋转电极法制备IN718合金的球形粉末，IN718合金的球形粉末粒度范围0～45μm，IN718合金的球形粉末中O含量为0.003%，C含量为0.025%，IN718合金球形粉末的制备、储存及运输过程均在真空下进行；

步骤2，将IN718合金的球形粉末装入不锈钢包套，在温度800℃、真空度5×10^-2Pa下真空脱气8小时，将包套口封焊；

步骤3，对封焊后包套进行热等静压处理，处理工艺为：先在1270℃温度、120MPa压力下保温保压4小时，然后在压力不变条件下将温度降为1160℃，继续保温保压4小时，最后在每分钟50℃的冷却速度下冷却至室温。

5.根据权利要求1所述的一种IN718合金的粉末冶金方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采用等离子旋转电极法制备IN718合金的球形粉末，球形粉末粒度范围45～105μm，球形粉末中O含量为0.002%，C含量为0.02%，球形粉末的制备、储存及运输过程均在惰性气体保护下进行；

步骤2，将IN718合金的球形粉末装入不锈钢包套，在温度600℃、真空度5×10^-2Pa下真空脱气6小时，将包套口封焊；

步骤3，对封焊后包套进行热等静压处理，处理工艺为：先在1240℃温度、130MPa压力下保温保压3小时，然后在压力不变条件下将温度降为1130℃，继续保温保压3小时，最后在每分钟60℃的冷却速度下冷却至室温。

6.根据权利要求1所述的一种IN718合金的粉末冶金方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采用等离子旋转电极法制备IN718合金的球形粉末，球形粉末粒度范围105～150μm，球形粉末中O含量为0.001%，C含量为0.015%，球形粉末的制备、储存及运输过程均应在惰性气体保护下进行；

步骤2，将IN718合金的球形粉末装入不锈钢包套，在温度400℃、真空度5×10^-2Pa下真空脱气4小时，将包套口封焊；

步骤3，对封焊后包套进行热等静压处理，处理工艺为：先在1210℃温度、120MPa压力下保温保压2小时，然后在压力不变条件下将温度降为1100℃，继续保温保压2小时，最后在每分钟55℃的冷却速度下冷却至室温。