CN107201431A - 一种提高gh2132螺栓高温持久性能的时效处理方法 - Google Patents

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樊开伦
裴烈勇
陈涛
刘勇德
徐韬
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    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys

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Abstract

本发明公开了一种提高GH2132螺栓高温持久性能的时效处理方法，所述GH2132螺栓在现有的固溶工艺和一道时效工艺之后再增加一道时效工艺，通过第二道时效工艺来获得尺寸更小、弥散度更大的γ′强化相，提高螺栓高温持久性能和螺栓疲劳寿命。本发明在现有的GH2132螺栓加工工艺之后再增加一道时效工艺，使得GH2132螺栓的高温持久性能得到大幅度提高，保证了疲劳性能和使用安全性。从而成功解决了常规热处理生产时常出现晶粒度与高温持久不能同时保证的技术难题。因此，本发明可在航空发动机GH2132螺栓领域进行推广。

Description

一种提高 GH2132 螺栓高温持久性能的时效处理方法
技术领域
本发明涉及一种提高 GH2132 螺栓高温持久性能的时效处理方法，属于航空发动机 GH2132 螺栓时效处理工艺技术领域。
背景技术
现代高温合金，包括铁基、镍基、钴基高温合金，其中 GH2132 是我国试制的铁基时效沉淀硬化型高温合金。该合金在苏系或俄系材料中没有相应牌号，是通过仿制美系发动机而试制的材料，相当于美系 A286 高温合金。该材料在 650 ℃以下具有高的屈服强度和持久、蠕变强度，并具有较好的加工塑性和满意的焊接性能。在国内该合金已在航空领域获得较为广泛的应用，适合制造在 650 ℃以下长期工作的航空发动机高温承力部件，如涡轮盘、压气机盘、转子叶片和高温紧固件等。用 GH2132 制造的航空发动机螺栓，主要起连接和紧固各相关零部件作用，而 GH2132 螺栓高温持久性能的高低直接影响到发动机的使用寿命。目前已有型号的 GH2132 螺栓，其技术要求为： 1 ）室温抗拉≥ 900 MPa ； 2 ）硬度 27 ～ 35 HRC ； 3 ）应力断裂试验 650 ℃、加载 480 MPa 、保持 23 h 不断； 4 ）晶粒度≥ 5 级，不允许有粗细晶粒带存在。没有提出高温强度指标和疲劳性能指标要求。在航空用螺栓类产品的长期生产中，由于 GH2132 在冶炼过程中每个炉批次存在成分含量的波动以及可能的合金元素偏析。采用常规热处理后，时常出现因晶粒度和持久性能不能同时满足技术要求而报废。高温合金都是以γ奥氏体为基，从室温到高温都具有面心立方结构，不像普通碳素钢和合金钢那样具有相的重结晶。因此，高温合金在热处理过程中，不能通过相的重结晶来细化晶粒。换句话说，高温合金的晶粒度在固溶过程中只可能长大不可能细化。针对这一问题，本发明提供一种时效处理方法，很好的解决了上述难题，具有推广价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高 GH2132 螺栓高温持久性能的时效处理方法，以解决采用常规的时效处理不能同时保证 GH2132 螺栓晶粒度和持久性能的技术问题，保证晶粒度合格的前提下，大幅度提高 GH2132 螺栓的高温持久性能，并且保证螺栓的疲劳寿命。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种提高 GH2132 螺栓高温持久性能的时效处理方法，所述 GH2132 螺栓在现有的固溶工艺和一道时效工艺之后再增加一道时效工艺，通过第二道时效工艺来获得尺寸更小、弥散度更大的γ′强化相，提高螺栓高温持久性能和螺栓疲劳寿命。
前述时效处理方法中，所述第二道时效工艺参数如下：加热温度 650 ～ 680 ℃，保温 16h ，空冷或快速冷却。
前述时效处理方法中，所述第二段时效采用真空回火炉，炉温均匀性± 10 ℃，控温精度± 1 ℃，加热保温期间充惰性气体保护，并开循环风扇搅拌。零件入炉前清洗并烘干。
与现有的 GH2132 螺栓常规热处理技术相比，本发明是在现有的一道固溶工艺和一道时效工艺之后再增加一道时效工艺，通过固溶参数的选取来保证晶粒度合格，通过两道时效来增加γ′强化相的数量，并且通过第二道时效来获得尺寸更小、弥散度更大的γ′强化相。而常规热处理只有一道时效，且时效后的的γ′尺寸只有一种。相比之下，两道时效后析出的的γ′体积分数更大，拥有两种不同尺寸的γ′强化相，强烈阻碍位错在γ奥氏体基体里的运动，使得 GH2132 螺栓的高温持久性能得到大幅度提高，保证了疲劳性能和使用安全性。从而成功解决了常规热处理生产时常出现晶粒度与高温持久不能同时保证的技术难题。因此，本发明可在航空发动机 GH2132 螺栓领域进行推广。
实验例
试验检测数据如下：
1 、晶粒度
三个热处理制度后的晶粒度均为 6 级。
、持久性能
3 、疲劳寿命。
具体实施方式
下面结合实施例子对本发明作进一步的详细说明。但不作为对本发明的任何限制依据。
一种提高 GH2132 螺栓高温持久性能的时效处理方法，所述 GH2132 螺栓在现有的固溶工艺和一道时效工艺之后再增加一道时效工艺，通过第二道时效工艺来获得尺寸更小、弥散度更大的γ′强化相，提高螺栓高温持久性能和螺栓疲劳寿命。
前述时效处理方法中，所述第二道时效工艺参数如下：加热温度 650 ～ 680 ℃，保温 16h ，空冷或快速冷却。
前述时效处理方法中，所述第二段时效采用真空回火炉，炉温均匀性± 10 ℃，控温精度± 1 ℃，加热保温期间充惰性气体保护，并开循环风扇搅拌。零件入炉前清洗并烘干。
实施例
本例是对一种航空发动机上所用的 GH2132 螺栓加工工艺的改进方法，现有 GH2132 螺栓在加工时，先先进行头部成型镦制，然后进行固溶工艺处理，随后再进行一道时效工艺，最后加工成产品。现有的螺栓加工工艺高温持久性能和抗疲劳寿命不够理想。
本例是在现有的一道固溶工艺和一道时效工艺基础上再增加一道时效工艺。现有的固溶工艺参数如下： 650 ℃入炉，升温 35min ，加热温度 980 ℃，保温 60 ～ 90min ，空冷或油冷。固溶采用双室真空油淬炉，炉温均匀性± 10 ℃，控温精度± 5 ℃，加热保温期间真空度控制在 1.3 ～ 13Pa 范围内。入炉前对零件进行清洗并烘干。现有的第一道时效工艺参数：室温入炉，升温 60min ，加热温度 720 ℃，保温 960min ，空冷或快速冷却；本发明增加的第二道时效工艺参数如下：室温入炉，升温 50min ，加热温度 650 ～ 680 ℃，保温 960min ，空冷或快速冷却。时效采用单室真空气淬炉，炉温均匀性± 10 ℃，控温精度± 5 ℃，加热保温期间真空度控制在 0.13 ～ 1.3Pa 范围内。入炉前对零件进行清洗并烘干。所述的 GH2132 螺栓包括一道固溶工艺和两道时效工艺。具体实施时将头部镦制成型的螺栓清洗并烘干，采用双室真空油淬炉进行固溶，装炉时产品单层均匀平铺在油淬炉工装上， 650 ℃入炉开始加热，升温 35min ，加热温度 980 ℃，保温 90min ，加热保温期间真空度控制在 1.3 ～ 13Pa 范围内。保温结束后自动出炉油冷。然后将固溶后的螺栓清洗并烘干，采用单室真空气淬炉进行第一道时效工序，装炉时产品单层均匀摆放在时效工装上，室温入炉，升温 60min ，加热温度 720 ℃，保温 960min ，加热保温期间真空度控制在 0.13 ～ 1.3Pa 范围内，保温结束后自动充氩气冷却。取 2/3 经过第一道时效的零件接着进行两个不同温度（每个温度取 1/3 经过第一道时效的零件）的第二道时效，依旧采用单室真空气淬炉，装炉时产品单层均匀摆放在时效工装上，室温入炉，升温 60min ，加热温度分 680 ℃和 650 ℃，保温 960min ，加热保温期间真空度控制在 0.13 ～ 1.3Pa 范围内，保温结束后自动充氩气冷却。最后将三个不同热处理制度的零件加工成螺栓成品，再分别取样做金相检测、高温持久试验（ 650 ℃施加 480MPa ，第一件断裂时间为持久时间）、拉 - 拉疲劳试验（高载 540MPa ，低载 54MPa ）。最后得出晶粒度均为 6 级，经两道时效后产品的持久性能得到大幅度提升，疲劳寿命虽有所下降，但远高于航空发动机螺栓技术条件规定的平均 6.5 万次。

Claims (3)

1.一种提高GH2132螺栓高温持久性能的时效处理方法，其特征在于：所述GH2132螺栓在现有的固溶工艺和一道时效工艺之后再增加一道时效工艺，通过第二道时效工艺来获得尺寸更小、弥散度更大的γ′强化相，提高螺栓高温持久性能和螺栓疲劳寿命。
2.根据权利要求1所述提高GH2132螺栓高温持久性能的时效处理方法，其特征在于：所述第二道时效工艺参数如下：加热温度（650~680）℃，保温16h，空冷或快速冷却。
3.根据权利要求2所述提高GH2132螺栓高温持久性能的时效处理方法，其特征在于：所述第二段时效采用真空回火炉，炉温均匀性±10℃，控温精度±1℃，加热保温期间充惰性气体保护，并开循环风扇搅拌，
零件入炉前清洗并烘干。
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