CN108149075A - 一种高温合金板材及其制备方法 - Google Patents

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周向东
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Abstract

本发明涉及一种高温合金板材及其制备方法，各组分按重量百分比计为：C 0.07‑0.13%、Cr 21.5‑23.5%、Co 18.0‑20.0%、W 1.7‑2.3%、Al 0.90‑1.50%、Ti 2.0‑2.5%、Ta 0.7‑1.3%、Nb 0.6‑1.0%、B 0.005‑0.013%、Zr 0.015‑0.025%、杂质元素≤0.1%，其余为Ni。制备时依次经过熔炼、多次热锻和机加工得到高温合金板材。本发明制备方法简单，步骤易于操作，采用热锻和机加工相结合的工艺，突破了铸造高温合金难以塑性变形加工的瓶颈，缩短了板材加工流程，并获得了细晶粒、高强度、精密板材。

Description

一种高温合金板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高温合金板材及其制备方法，属于合金材料制备技术领域。
背景技术
K4222高温合金是(国外相似牌号GTD222)是镍基沉淀硬化性等轴铸造高温合金，合金具有中等高温强度、良好的抗蠕变和抗疲劳性能，在高温下具有优异的抗氧化和耐蚀性能，使用温度在1000℃以下。K4222高温合金应用于燃气涡轮发动机叶片，一般采用铸造成型制备零部件。K4222高温合金板材如果采用传统铸造方法，需要制备蜡模，加工流程长，且由于板材厚度薄，很容易产生缩孔、疏松等铸造缺陷，并且铸造晶粒尺寸大，材料强度低。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的高温合金板材采用传统铸造方法加工时由于板材厚度薄，很容易产生缩孔、疏松等铸造缺陷，并且铸造晶粒尺寸大，材料强度低，提供了一种高温合金板材及其制备方法。
本发明采用如下技术方案：一种高温合金板材，各组分按重量百分比计为：C0.07-0.13％、Cr 21.5-23.5％、Co 18.0-20.0％、W 1.7-2.3％、Al 0.90-1.50％、Ti 2.0-2.5％、Ta 0.7-1.3％、Nb 0.6-1.0％、B 0.005-0.013％、Zr 0.015-0.025％、杂质元素≤0.1％，其余为Ni。
进一步的，所述杂质包括O、N、S和P，其中杂质组分按重量百分比计为O≤0.0050％，N≤0.010％，S≤0.007％，P≤0.015％。
进一步的，所述高温合金板材为K4222高温合金。
高温合金板材的制备方法，包括如下步骤：
(1)熔炼：取原料各组分按重量百分比计为C 0.07-0.13％、Cr 21.5-23.5％、Co18.0-20.0％、W 1.7-2.3％、Al 0.90-1.50％、Ti 2.0-2.5％、Ta 0.7-1.3％、Nb 0.6-1.0％、B 0.005-0.013％、Zr 0.015-0.025％，其余为Ni，将各原料加入至真空感应炉中于1400-1500℃下熔炼得到溶液，随后继续精炼10-20min，浇注制备得到母合金棒；
(2)多次热锻：将母合金棒扩散退火，首先缓慢加热至1200-1250℃，保温15-18h，然后降至锻造的起始温度1180℃，在锻造过程中温度逐渐下降，在温度降至1050℃前对母合金棒进行多次热锻得到板坯；
(3)机加工：将板坯经铣床进行平面铣削加工，得到高温合金板材。
进一步的，所述步骤(1)中的母合金棒的直径为75-85mm。
进一步的，所述高温合金板材的板坯预留的加工余量：长度为10～12mm，宽度为10～12mm，厚度为3～5mm。
进一步的，所述高温合金板材的厚度为7～11mm。
进一步的，所述热锻采用快锻锤锻造，每道次变形量控制在30～50％，每道次锻造后，需回炉加热到锻造温度1050-1180℃。
进一步的，所述步骤(2)中的热锻次数为3-4次。
本发明制备方法简单，步骤易于操作，采用热锻和机加工相结合的工艺，突破了铸造高温合金难以塑性变形加工的瓶颈，缩短了板材加工流程，并获得了细晶粒、高强度、精密板材。
附图说明
图1是本发明高温合金热锻后的微观组织。
图2是本发明高温合金铸态微观组织。
具体实施方式
实施例一：
一种K4222高温合金板材，板材尺寸大小为180*90*11+0.5mm，板材的制备包括如下步骤：
(1)熔炼：准备材料，采用真空感应炉在1450℃下熔炼得到溶液，随后继续精炼20min，浇注母合金锭，锭外径Φ80mm。锭子成分组成为重量百分比wt％，C 0.125％，Cr22.69％，Co 19.14％，W 1.92％，Al 1.21％，Ti 2.25％，Nb 0.893％，B 0.0053％，Ni51.5％，O 0.0009％，N 0.0005％，S 0.0003％，P 0.0019％。
(2)多次热锻：将步骤(1)所得K4222高温合金母合金棒扩散退火，首先缓慢加热至1200℃，保温8h，然后降至锻造的起始温度1180℃，在锻造过程中温度逐渐下降，在温度降至1050℃前对母合金棒进行多次热锻得到板坯，锻造分三次：
a)第一次锻造合金母合金棒Φ80，热锻成厚度为40mm的板材；
b)回炉加热至温度1160℃；
c)第二次锻造将厚40mm的板材，热锻成厚度为25mm的板材；
d)回炉加热至温度1150℃；
e)第三次锻造将厚25mm的板材，热锻成厚度为14mm的板材；
(3)机加工：步骤(2)所得K4222高温合金板坯，再经铣床进行平面铣削加工，获得成品尺寸180x90x11.2mm。
实施例二：
一种K4222高温合金板材180*90*8.5+0.5mm，板材的制备包括如下步骤：
(1)熔炼：准备材料，采用真空感应炉在1450℃下熔炼得到溶液，随后继续精炼20min，浇注母合金锭，锭外径Φ80mm。锭子成分组成为，重量百分比wt％，C 0.125％，Cr22.69％，Co 19.14％，W 1.92％，Al 1.21％，Ti 2.25％，Nb 0.893％，B 0.0053％，Ni51.5％，O 0.0009％，N 0.0005％，S 0.0003％，P 0.0019％。
(2)热锻：将步骤(1)所得K4222高温合金母合金棒扩散退火，首先缓慢加热至1250℃，保温15h，然后降至锻造的起始温度1180℃，在锻造过程中温度逐渐下降，在温度降至1050℃前对母合金棒进行多次热锻得到板坯，锻造分四次：
a)第一次锻造合金母合金棒Φ80，热锻成厚度为40mm的板材；
b)回炉加热至温度1160℃；
c)第二次锻造厚40mm的板材，热锻成厚度为25mm的板材；
d)回炉加热至温度1150℃；
e)第三次锻造将厚25mm的板材，热锻成厚度为17mm的板材；
f)回炉加热至温度1150℃；
g)第四次锻造将厚17mm的板材，热锻成厚度为12mm的板材；
(3)机加工：步骤(2)所得K4222高温合金板坯，再经铣床进行平面铣削加工，获得成品尺寸180x90x8.7mm。
实施例三：
一种K4222高温合金板材180*90*7.0+0.5mm，板材的制备包括如下步骤：
(1)熔炼：准备材料，采用真空感应炉在1450℃下熔炼得到溶液，随后继续精炼20min，浇注母合金锭，锭外径Φ80mm。锭子成分组成为，重量百分比wt％，C 0.123％，Cr22.61％，Co 19.16％，W 1.94％，Al 1.23％，Ti 2.16％，Nb 0.869％，B 0.0052％，Ni51.5％，O 0.001％，N 0.0004％，S 0.0003％，P 0.0019％。
(2)多次热锻：将步骤(1)所得K4222高温合金母合金棒扩散退火，首先缓慢加热至1200℃，保温15h，然后降至锻造的起始温度1180℃，在锻造过程中温度逐渐下降，在温度降至1050℃前对母合金棒进行多次热锻得到板坯，锻造分四次：
a)第一次锻造合金母合金棒Φ80，热锻成厚度为40mm的板材；
b)回炉加热至温度1160℃；
c)第二次锻造厚40mm的板材，热锻成厚度为25mm的板材；
d)回炉加热至温度1150℃；
e)第三次锻造厚25mm的板材，热锻成厚度为16mm的板材；
f)回炉加热至温度1150℃；
g)第四次锻造厚度为16mm的板材，热锻成厚度为11mm的板材；
(3)机加工：步骤(2)所得K4222高温合金板坯，再经铣床进行平面铣削加工，获得成品尺寸180x90x7.2mm。
本发明采用热锻成形，可细化晶粒组织，提高材料的强度。通过金相显微镜对实施例制备得到的产品进行表征，图1为K4222高温合金热锻后的微观组织，图2为K4222合金铸态微观组织，由图可以明显看出热锻后的晶粒明显比铸态细小，锻造后晶粒尺寸约20μm，铸态的晶粒尺寸达到100μm。
K4222高温合金热锻后的硬度和铸态的硬度对比如下表1.热锻后的硬度明显高于铸态硬度，锻造后具有更高的强度。
表1.K4222热锻和铸态的硬度对比
由表1可知，热锻后的K4222高温合金的硬度明显高于铸态额硬度，锻造后具有更高的强度。

Claims (9)

1.一种高温合金板材，其特征在于：各组分按重量百分比计为：C 0.07-0.13%、Cr21.5-23.5%、Co 18.0-20.0%、W 1.7-2.3%、Al 0.90-1.50%、Ti 2.0-2.5%、Ta 0.7-1.3% 、Nb0.6-1.0%、B 0.005-0.013%、 Zr 0.015-0.025%、杂质元素≤0.1%，其余为Ni。
2.如权利要求1所述的高温合金板材，其特征在于：所述杂质包括O、N、S和P，其中杂质组分按重量百分比计为O≤0.0050%，N≤0.010%，S≤0.007%，P≤0.015%。
3.如权利要求1所述的高温合金板材，其特征在于：所述高温合金板材为K4222高温合金。
4.权利要求1所述的高温合金板材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）熔炼：取原料各组分按重量百分比计为C 0.07-0.13%、Cr 21.5-23.5%、Co 18.0-20.0%、W 1.7-2.3%、Al 0.90-1.50%、Ti 2.0-2.5%、Ta 0.7-1.3% 、Nb 0.6-1.0%、B 0.005-0.013%、 Zr 0.015-0.025%，其余为Ni ，将各原料加入至真空感应炉中于1400-1500℃下熔炼得到溶液，随后继续精炼10-20min，浇注制备得到母合金棒；
（2）多次热锻：将母合金棒扩散退火，首先缓慢加热至1200-1250℃，保温15-18h，然后降至锻造的起始温度1180℃，在锻造过程中温度逐渐下降，在温度降至1050℃前对母合金棒进行多次热锻得到板坯；
（3）机加工：将板坯经铣床进行平面铣削加工，得到高温合金板材。
5.如权利要求4所述的高温合金板材的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的母合金棒的直径为75-85mm。
6.如权利要求4所述的高温合金板材的制备方法，其特征在于：所述高温合金板材的板坯预留的加工余量：长度为10~12mm，宽度为10~12mm，厚度为3~5mm。
7.如权利要求4所述的高温合金板材的制备方法，其特征在于：所述高温合金板材的厚度为7~11mm。
8.如权利要求4所述的高温合金板材的制备方法，其特征在于：所述热锻采用快锻锤锻造，每道次变形量控制在30~50%，每道次锻造后，需回炉加热到锻造温度1050-1180℃。
9.如权利要求4所述的高温合金板材的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的热锻次数为3-4次。
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