CN108149174A - 一种提高gh4698锻件性能的热处理方法 - Google Patents

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唐军
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Abstract

本发明公开一种提高GH4698锻件性能的热处理方法，包括对锻件进行标准的三段热处理，然后根据标准热处理后的锻件屈服强度及高温持久性能数据，重复执行步骤1中的第二次固溶处理+时效处理制度1～2次。本发明的方法通过遵循GH4698材料在加热时的组织变化特点，合理制定热处理补充制度，重复执行步骤1中的第二次固溶处理+时效处理制度，调整析出相(γ＇及碳化物)的析出数量及分布形态，从而达到提高屈服强度及高温持久性能、稳定及改善塑性性能的目的。

Description

一种提高GH4698锻件性能的热处理方法
技术领域
本发明属于高温合金的热加工技术领域，涉及一种提高GH4698锻件性能的热处理方法。
背景技术
GH4698是以铝、钛、钼、铌等元素强化的镍基高温合金，是在GH4033合金基础上补充合金化发展而成的，在500～800℃范围内具有高的持久性能和良好的综合性能。该合金广泛用于制造航空发动机的涡轮盘、压气机盘、导流片、承力环等重要承力零件。工作温度可达750～800℃。
航空发动机用GH4698产品所有加热工序的制定应遵循GH4698材料在加热时的组织变化特点，热处理加热工序同锻造加热工序同样重要：锻造工序决定组织基体的状态，而热处理工序不仅能调整组织基体的状态，还能决定析出相的基本状态。
GH4698锻件的热处理制度一般为标准(三段)热处理：第一次固溶+第二次固溶+第一次时效处理；为提高锻件使用性能，允许补充第二次时效制度，称其为四段热处理制度。
第一次固溶处理的作用：在较高固溶温度下(约1100℃)，使锻造变形组织等轴化，消除变形应力，提高原子扩散能力，均匀化组织成分，为第二次固溶打好组织基础。第二次固溶处理的作用：主要析出大尺寸的γ＇强化相(主要弥散于奥氏体基体内部和晶界)，1000℃为析出峰。时效处理的作用(700～775℃)：补充析出少量(5％～6％)的γ＇相，在晶界及晶内析出碳化物及硼化物等强化相。
标准热处理后，根据锻件尺寸及锻造工艺的不同，析出相的数量及形态也会出现差异，导致锻件性能略有波动；某些高标准验收情况下，现有的热处理工艺很难达到预期的性能数值，单纯的补充时效处理，仅会增加晶界碳化物等的大量析出，而提高时效温度又会加剧碳化物等的偏聚现象，最终抗拉强度、屈服强度及高温持久性能略有提升，但塑性性能大幅度下降，锻件硬度也随之提升。因此，盲目的补充时效往往只会适得其反。
GH4698材料的主要强化相是各种大小尺寸(约30nm～210nm)的球形γ＇相，约占合金总重量的21％，而碳化物仅占合金总重量的0.3％。由此可见，进一步提高GH4698锻件使用性能的方法有两种，一是补充时效，但存在不少弊端(塑性问题及硬度问题)；二是补充第二次固溶+时效处理，其组织的变化主要体现在：碳化物的溶解及重新析出(析出数量略有增减)、γ＇的补充析出，析出数量有增无减。
发明内容
鉴于现有技术的上述情况，本发明的目的是提供一种提高GH4698锻件性能的热处理方法，以解决GH4698锻件屈服强度较低、高温持久不合格及塑性与强度匹配不当的问题。
本发明的上述目的是利用以下技术方案实现的：
一种提高GH4698锻件性能的热处理方法，包括以下步骤：
步骤1、对锻件进行标准的三段热处理：首先进行第一次固溶处理，将锻件加热至800℃、保温系数为0.6～0.8min/mm，之后以50～70℃/min的加热速度升温至990～1000℃、保温系数为0.6～0.8min/mm，之后升温至1100℃、保温8小时后空冷；然后对锻件进行第二次固溶处理，将锻件加热至700～800℃、保温系数为0.6～0.8min/mm，之后以50～70℃/min的加热速度升温至990～1000℃、保温4小时后空冷；最后对锻件进行时效处理，将锻件直接送入775℃±5℃的电炉中保温16小时后空冷。
步骤2、根据锻件屈服强度及高温持久性能数据，重复执行步骤1中的第二次固溶处理+时效处理制度。
进一步地，其中步骤2中的第二次固溶处理+时效处理制度的重复执行次数为1～2次。
本发明的方法通过遵循GH4698材料在加热时的组织变化特点，合理制定热处理补充制度，重复执行步骤1中的第二次固溶处理+时效处理制度，调整析出相(γ＇及碳化物)的析出数量及分布形态，从而达到提高屈服强度及高温持久性能、稳定及改善塑性性能的目的。
具体实施方式
为了更清楚地理解本发明的目的、技术方案及优点，下面以一种航空用GH4698合金涡轮盘锻件的生产为例，对本发明进行进一步详细说明。
在该航空用涡轮盘锻件的生产过程中，热处理方法包括以下步骤：
步骤1、对锻件进行标准热处理(三段热处理)：首先进行第一次固溶处理，将锻件加热至800℃、保温系数为0.8mim/mm，之后以50～70℃/min的加热速度升温至1000℃、保温系数为0.8mim/mm，之后升温至1100℃、保温8小时后空冷；然后对锻件进行第二次固溶处理，将锻件加热至800℃、保温系数为0.8mim/mm，之后以50～70℃/min的加热速度升温至1000℃、保温4小时后空冷；最后对锻件进行时效处理，将锻件直接送入775℃的电炉中保温16小时后空冷。
步骤2、根据标准热处理后的锻件屈服强度及高温持久性能数据，重复执行第二次固溶处理+第一次时效处理制度2次。随后进行理化检测，验证其屈服强度及高温持久性能的改善幅度。当然，重复执行次数不限于2次，可以根据检测得到的锻件屈服强度及高温持久性能数据，重复执行更多或更少的次数，不过一般不超过2次。
一般情况下，重复执行1次第二次固溶处理+第一次时效处理制度其屈服强度可提升20～40MPa，其抗拉强度及锻件硬度基本无增减，高温持久性能及塑性性能大有改善，同时还会相应的提高冲击性能。
综上所述，利用本发明的方法生产的GH4698锻件，其屈服强度、高温持久及塑性性能会达到最佳匹配效果，可满足需求。

Claims (2)

1.一种提高GH4698锻件性能的热处理方法，包括以下步骤：
步骤1、对锻件进行标准的三段热处理：首先进行第一次固溶处理，将锻件加热至800℃、保温系数为0.6～0.8min/mm，之后以50～70℃/min的加热速度升温至990～1000℃、保温系数为0.6～0.8min/mm，之后升温至1100℃、保温8小时后空冷；然后对锻件进行第二次固溶处理，将锻件加热至700～800℃、保温系数为0.6～0.8min/mm，之后以50～70℃/min的加热速度升温至990～1000℃、保温4小时后空冷；最后对锻件进行时效处理，将锻件直接送入775℃±5℃的电炉中保温16小时后空冷，
步骤2、根据锻件屈服强度及高温持久性能数据，重复执行步骤1中的第二次固溶处理+时效处理制度。
2.按照权利要求1所述的方法，其中步骤2中的第二次固溶处理+时效处理制度的重复执行次数为1～2次。
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