CN106854685B - 一种改善Thermo-Span合金缺口敏感性的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高温合金材料的热处理领域，具体为一种改善Thermo‑Span合金缺口敏感性的热处理方法。该方法包括如下步骤：(1)固溶处理：在1085～1105℃固溶1h，空冷；(2)中间时效处理：在800～900℃保温1～4h，空冷；(3)时效强化处理：在721℃保温8h，按照55℃/h炉冷到621℃后，保温8h，空冷。本发明通过简单中间时效处理可消除Thermo‑Span合金的缺口敏感性，从而增加其制造零件的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及高温合金材料的热处理领域，具体为一种改善Thermo-Span合金缺口敏感性的热处理方法。
背景技术
美国牌号Thermo-Span合金是一种抗氧化低膨胀高温合金，按重量百分比计，其化学成分如下：C≤0.05，Si 0.2～0.3，Mn≤0.5，P≤0.015，S≤0.015，Cr 5.0～6.0，Ni 23.5～25.5，Co 28～30，Ti 0.7～1.0，Nb 4.5～5.2，Al 0.3～0.6，Cu≤0.5，B≤0.01，Fe余量。该合金可在700℃以下具有良好的抗氧化性，主要用于制备航空发动机中的间隙控制零件。低膨胀高温合金的主要问题是由于Cr含量低，高温晶界氧化引起脆化，导致缺口敏感性。由于实际零件的形状复杂，一旦材料存在缺口敏感性，其制造的零件容易发生快速断裂。
Thermo-Span合金的标准热处理制度包括固溶处理和时效强化处理。固溶处理的目的在于完成静态再结晶、回溶热加工过程中析出的过量Laves相和γ′相颗粒。时效强化处理的目的在于控制γ′相的尺寸和数量。但是在工艺控制不当时，该合金也会出现缺口敏感性，说明热处理工艺还有改进的余地。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善Thermo-Span合金缺口敏感性的热处理方法，增加其制备零件的应用可靠性。
本发明的技术方案是：
一种改善Thermo-Span合金缺口敏感性的热处理方法，包括如下步骤：
(1)固溶处理：在1085～1105℃固溶1h，空冷；
(2)中间时效处理：在800～900℃保温1～4h，空冷；
(3)时效强化处理：在721℃保温8h，按照55℃/h炉冷到621℃后，保温8h，空冷。
所述的改善Thermo-Span合金缺口敏感性的热处理方法，优选的，中间时效处理处理条件为在825～875℃保温2～4h。
本发明的设计思想如下：
低膨胀高温合金的缺口敏感性与晶界脆化有关，Thermo-Span合金的高温固溶处理回溶了细小晶界强化Laves相。在进行后期时效强化处理时，晶内会析出大量γ′相，虽然使合金晶内强度明显提高，但此状态后合金的晶界Laves相析出很少，无法实现有效的晶界强化。如果在时效强化处理前，增加中间时效，使晶界析出Laves相，而晶内不析出γ′相，在不影响合金晶内强度的基础上，实现有效强化晶界，或许可以改善合金的缺口敏感性，增加其制备零件的应用可靠性。本发明在固溶处理后增加中间时效处理，在800～900℃保温时间在1～4h，再进行时效强化处理，经这样的处理后，Thermo-Span缺口敏感性消除。中间时效处理的最佳温度为825～875℃，保温2～4h；低于825℃时，处理时间长容易影响在时效强化处理时合金的γ′相析出状态；过高的处理温度，会加快热处理设备损耗，没有必要。
本发明的优点及有益效果是：
本发明通过简单中间时效处理可消除Thermo-Span合金的缺口敏感性，从而增加其制造零件的可靠性。
附图说明
图1为对比例1的组织；
图2为实施例1的组织；
图3为实施例2的组织；
图4为实施例5的组织；
图5为对比例2的组织。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明改善Thermo-Span合金缺口敏感性的热处理方法，具体工艺流程是：
(1)固溶处理：在1085～1105℃固溶1h，空冷；
(2)中间时效：在800～900℃保温1～4h，空冷；
(3)时效强化：在721℃保温8h，按照55℃/h炉冷到621℃后，保温8h，空冷。
下面，通过对比例和实施例对本发明进一步详细说明。
对比例1
经过标准热处理(固溶：1095℃保温1h，空冷；时效强化：721℃保温8h，以55℃/h炉冷到621℃，在621℃保温8h，空冷)，Thermo-Span合金的组织如图1所示，晶界析出并不充分。力学性能如表1所示，缺口持久寿命小于光滑持久寿命，说明该状态材料存在一定缺口敏感性。
表1、对比例1的力学性能
实施例1
本实施例中，改善Thermo-Span合金缺口敏感性的热处理方法如下：
(1)固溶处理：在1095℃保温1h，空冷至室温；
(2)中间时效处理：在825℃保温2h，空冷至室温；
(3)时效强化处理：在721℃保温8h，以55℃/h炉冷到621℃，在621℃保温8h，空冷至室温。
Thermo-Span合金的组织如图2所示，性能测试结果如表2所示，可以看出，合金持久寿命没有发生明显降低，但持久塑性提高一倍，且联合持久试样并未断裂于缺口处，说明没有缺口敏感性。
表2、实施例1的持久性能
实施例2
在1095℃保温1h，空冷；再在800℃保温2h，空冷，合金的组织图3所示，可见在该处理时合金的晶内并不析出γ′相。
本实施例中，改善Thermo-Span合金缺口敏感性的热处理方法如下：
(1)固溶处理：在1095℃保温1h，空冷至室温；
(2)中间时效处理：在800℃保温4h，空冷至室温；
(3)时效强化处理：在721℃保温8h，以55℃/h炉冷到621℃，在621℃保温8h，空冷至室温。
Thermo-Span合金的性能测试结果如表3所示，合金联合持久试样并未断裂于缺口处，说明没有缺口敏感性。
表3、实施例2的持久性能
实施例3
本实施例中，改善Thermo-Span合金缺口敏感性的热处理方法如下：
(1)固溶处理：在1095℃保温1h，空冷至室温；
(2)中间时效处理：在825℃保温4h，空冷至室温；
(3)时效强化处理：在721℃保温8h，以55℃/h炉冷到621℃，在621℃保温8h，空冷至室温。
Thermo-Span合金的性能测试结果如表4所示，合金联合持久试样并未断裂于缺口处，说明没有缺口敏感性。
表4、实施例3的持久性能
实施例4
本实施例中，改善Thermo-Span合金缺口敏感性的热处理方法如下：
(1)固溶处理：在1095℃保温1h，空冷至室温；
(2)中间时效处理：在850℃保温4h，空冷至室温；
(3)时效强化处理：在721℃保温8h，以55℃/h炉冷到621℃，在621℃保温8h，空冷至室温。
Thermo-Span合金的性能测试结果如表5所示，合金联合持久试样并未断裂于缺口处，说明没有缺口敏感性。
表5、实施例4的持久性能
实施例5
本实施例中，改善Thermo-Span合金缺口敏感性的热处理方法如下：
(1)固溶处理：在1095℃保温1h，空冷至室温；
(2)中间时效处理：在875℃保温2h，空冷至室温；
(3)时效强化处理：在721℃保温8h，以55℃/h炉冷到621℃，在621℃保温8h，空冷至室温。
Thermo-Span合金的组织如图4所示，晶界也明显有较多析出。合金的持久性能如表6所示，并没有缺口敏感性。
表6、实施例5的持久性能
对比例2
在1095℃保温1h，空冷；再在775℃保温2h，空冷，Thermo-Span合金的组织如图5所示。此温度下，合金中已经析出一定的γ′相。经过该条件处理后合金的晶内已经析出γ′相，在后续时效对合金的强度会造成影响，因此中间时效处理的温度不能低于800℃。
Claims (2)
1.一种改善Thermo-Span合金缺口敏感性的热处理方法，其特征在于，按重量百分比计，Thermo-Span合金的化学成分如下：C≤0.05，Si 0.2～0.3，Mn≤0.5，P≤0.015，S≤0.015，Cr 5.0～6.0，Ni 23.5～25.5，Co 28～30，Ti 0.7～1.0，Nb 4.5～5.2，Al 0.3～0.6，Cu≤0.5，B≤0.01，Fe余量；该热处理方法包括如下步骤：
(1)固溶处理：在1085～1105℃固溶1h，空冷；
(2)中间时效处理：在800～900℃保温1～4h，空冷；
(3)时效强化处理：在721℃保温8h，按照55℃/h炉冷到621℃后，保温8h，空冷。
2.按权利要求1所述的改善Thermo-Span合金缺口敏感性的热处理方法，其特征在于：优选的，中间时效处理处理条件为在825～875℃保温2～4h。
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