CN108411231A

CN108411231A - 一种基于脉冲电流处理镍基变形高温合金强韧化的方法

Info

Publication number: CN108411231A
Application number: CN201810211925.9A
Authority: CN
Inventors: 王磊; 安金岚; 宋秀; 刘杨; 盖泽宇
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2018-03-08
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2018-08-17

Abstract

本发明属于金属材料力学性能增强技术领域，提供了一种基于脉冲电流处理镍基变形高温合金强韧化的方法，工艺步骤主要包括合金经高温固溶处理后，再利用脉冲电流时效处理。本发明利用脉冲电流对镍基变形高温合金进行短时时效处理，工艺简单，节省能源。与常规时效处理相比，脉冲电流时效处理后镍基高温合金合金强度至少提高约20％以上，塑性至少提高约25％以上，实现镍基变形高温合金强度和塑性同时增强。

Description

一种基于脉冲电流处理镍基变形高温合金强韧化的方法

技术领域

本发明属于金属材料力学性能增强技术领域，主要涉及一种镍基变形高温合金强韧化的方法。

背景技术

高温合金是国家科技发展水平、国防能力的重要标志性金属材料，作为航空航天领域高温结构件用材料，占据不可替代的地位。目前，高温合金已成为制造发动机高温结构件的重要材料之一，在现代航空发动机制造业中有举足轻重的地位。随航空发动机推重比不断提高，对发动机涡轮盘、涡轮轴和叶片等关键部件提出了更高的服役要求，所用合金除需具有良好抗热腐蚀性能、良好的长期服役组织稳定性外，还需要优异的高温强度、良好的塑性，以确保合金安全服役。

高温合金的强化手段主要包括固溶强化、第二相强化、晶界强化和工艺强化(冶炼工艺强化、铸造工艺强化、形变强化、热处理强化及机械合金化强化)。高温合金韧化方法主要包括控制有害相、添加有益合金元素以及控制晶粒的尺寸与形状。通过添加合金元素强化合金是一种行之有效的方法，随着合金化程度提高，合金强度提高。与此同时，合金热加工过程中变形抗力也随之增大，导致严重的加工硬化行为，进而造成加工变形困难等问题，严重影响了高温合金的生产和实际应用。因此，寻找新的方法促进高温合金强度增大的同时韧性增强，成为亟待解决的关键问题。

1963年脉冲电流技术首次应用于金属材料，近年来其对金属材料微观组织及性能的影响被广泛研究。大量研究结果表明脉冲电流有效提高合金的塑性变形能力，同时脉冲电流具有促进金属材料强度增大的潜能。Baranov研究发现脉冲电流促进L62铜强度增大。脉冲电流作用下硼钢强度和塑性同时增大，原因在于脉冲电流诱导析出细小马氏体。脉冲电流显著影响金属材料的微观组织，进而影响金属材料的性能，有利于实现金属材料强韧化。

发明内容

本发明旨在基于以上存在的问题，提供一种工艺简单、方便操作的镍基变形高温合金强韧化的方法。

具体技术方案为：一种基于脉冲电流处理镍基变形高温合金强韧化的方法，按照以下工艺步骤进行：

(1)高温固溶处理：固溶处理温度为950～1300℃，处理时间为10～60min；

(2)脉冲电流时效处理，处理参数为：脉冲电流密度100～600A/mm，脉冲电流频率为2～50Hz，脉冲电流宽度为15～30μs；脉冲电流时效处理温度为700～850℃，处理时间为5～60min。

进一步地，上述脉冲电流时效处理的优选参数：脉冲电流密度400～500A/mm，脉冲电流频率为10～40Hz；脉冲电流时效处理温度为750～800℃，处理时间为5～20min。

本发明所述脉冲电流时效处理镍基变形高温合金强韧化方法的原理：高温合金经高温固溶处理后，合金元素回溶于基体。在不同的温度下进行短时时效处理，可以获得不同析出相(析出相种类、析出相数量、析出相尺寸、析出相形貌)组成的微观组织。利用脉冲电流对合金进行时效处理，焦耳效应作用下试样温升速度快、加热效率高，超高的加热速率导致热膨胀滞后于温升，试样中形成大量缺陷。此外，脉冲电流非热效应作用下原子扩散运动增强。因此，脉冲电流显著影响合金的微观组织结构，从而合金获得优异的综合性能。

本发明的有益效果为，利用脉冲电流对镍基变形高温合金进行短时时效处理，工艺简单，节省能源。与常规时效处理相比，脉冲电流时效处理后镍基高温合金合金强度至少提高约20％以上，塑性至少提高约25％以上，实现镍基变形高温合金强度和塑性同时增强。

附图说明

图1是本发明脉冲电流时效处理试样装夹示意图；

图中：1脉冲电流发生器；2绝缘层；3电阻炉；4Pt-6％Rh-Pt热电偶；5紫铜电极。

具体实施方式

本发明实施采用商用镍基变形GH4169合金热轧板。

本发明实施采用的脉冲电流设备为HPC-5型多用途脉冲电流发生器。

本发明实施采用的高温固溶处理设备为箱式电阻炉。

本发明实施采用脉冲电流时效处理，试样装卡示意图如图1中所示，具体时效过程如下所述：试样夹持端缠绕绝缘材料装卡在可控液压试验机上(保证试验机绝缘)。脉冲电流发生装置引出两股导线，两股导线分别联接紫铜板。利用紫铜板夹持试样两端，此时试样与脉冲电流发生装置串联。每次脉冲电流时效处理前，用砂纸打磨紫铜表面以去掉氧化层，保证紫铜与试样的接触电阻最小，确保脉冲电流的利用效率。脉冲电流时效处理同时利用电阻炉对试样进行温度补偿，并将热电偶焊接于试样平行段中间部分的表面，对试样进行实时温度测量，确保不同脉冲电流参数下试样时效处理温度相同。与脉冲电流时效处理对比，相同时效温度、相同时效时间利用箱式电阻炉完成常规时效处理。

本发明采用可控液压试验机对时效处理后的试样进行高温力学性能检测。

下面结合实施例及附图对本发明进行详尽的描述，但本发明的实施方式不限与此。

实施例1

以1.5mm厚商用镍基变形GH4169合金为原料，利用脉冲电流进行时效处理以获得高强高韧的合金，按照以下步骤进行：

(1)1000℃固溶处理30min；

(2)脉冲电流时效处理，具体工艺参数如下：时效温度750℃，时效时间20min，脉冲电流频率为40Hz，脉冲电流密度为440A/mm，脉宽为30μs。

表1本发明实施例1采用脉冲电流时效和常规时效处理镍基GH4169合金的拉伸性能对比

镍基变形GH4169合金常规时效处理后高温变形，合金高温屈服强度和抗拉强度分别为261MPa和493MPa，延伸率为10.9％；本实施例脉冲电流时效处理后高温变形，镍基变形GH4169合金屈服强度和抗拉强度如表1中所示，分别为320MPa和595MPa，延伸率为20.1％。可见屈服强度和抗拉强度增幅分别为22.6％和20.7％，延伸率增幅达84.4％。

实施例2

(1)1050℃固溶处理10min；

(2)脉冲电流时效处理，具体工艺参数如下：时效温度800℃，时效时间20min，脉冲电流频率为10Hz，脉冲电流密度为500A/mm，脉宽为30μs。

表2本发明实施例2采用脉冲电流时效和常规时效处理镍基GH4169合金的拉伸性能对比

镍基变形GH4169合金常规时效处理后高温变形，合金的屈服强度和抗拉强度分别为232MPa和390MPa，延伸率为9.5％；本实施例脉冲电流时效处理后高温变形，镍基变形GH4169合金的屈服强度和抗拉强度分别为324MPa和521MPa，延伸率为11.9％。可见屈服强度和抗拉强度增幅分别为39.6％和33.6％，延伸率增幅达为25.3％。

实施例3

(1)1050℃固溶处理10min；

(2)脉冲电流时效处理，具体工艺参数如下：时效温度800℃，时效时间5min，脉冲电流频率为40Hz，脉冲电流密度为500A/mm，脉宽为15μs。

表3本发明实施例3采用脉冲电流时效和常规时效处理镍基GH4169合金的拉伸性能对比

镍基变形GH4169合金常规时效处理后高温变形，合金的屈服强度和抗拉强度分别为228MPa和391MPa，延伸率为10.2％；本实施例脉冲电流时效处理后高温变形，镍基变形GH4169合金的屈服强度和抗拉强度分别为271MPa和549MPa，延伸率为15.1％。可见屈服强度和抗拉强度增幅分别为27.6％和30.0％，延伸率增幅达为38.9％。

Claims

1.一种基于脉冲电流处理镍基变形高温合金强韧化的方法，其特征在于，按照以下工艺步骤进行：

2.根据权利要求1所述的基于脉冲电流处理镍基变形高温合金强韧化的方法，其特征在于，脉冲电流时效处理，处理参数：脉冲电流密度400～500A/mm，脉冲电流频率为10～40Hz；脉冲电流时效处理温度为750～800℃，处理时间为5～20min。