CN109097631A - 一种gh4169合金制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种GH4169合金制备方法，属于合金材料制备技术领域。上述GH4169合金制备方法包括以下步骤：步骤1：采用选择性激光熔化3D打印技术制备GH4169合金；步骤2：将GH4169合金在950℃‑1200℃条件下，进行固溶处理0.5h。本发明采用选择性激光熔化3D打印技术，再经过固溶处理，在大大缩短固溶处理时间的基础上，得到的GH4169合金的硬度与比现有技术中得到的GH4169合金的硬度最高可提升14％以上，提出了一种新型的低成本高硬度GH4169合金的工艺方法。

Description

一种GH4169合金制备方法
技术领域
本发明涉及材料制备技术领域，具体涉及一种GH4169合金制备方法。
背景技术
GH4169合金是一种新型的高温合金，普遍应用于各类高温部件的制造。它的相对操纵温度在全部普通合金系中也是最高的。合金在-253℃到650℃温度范围内具备杰出的综合性能，是在低暖和高温条件下用途极广的高温合金。在650℃以下的屈服强度居高温变形合金的首位，具备较高的抗拉强度和杰出的塑形，具有良好的抗腐蚀、抗辐射能、断裂韧性的综合机能，以及良好的加工性能、焊接性能。
GH4169合金有多种制造工艺，如锻造、铸造、3D激光打印和粉末冶金等，相应制造出来的铸件、锻件、3D打印件和粉末冶金件也会有不同的性能和生产特点，如3D激光打印比锻件的生产时间更短，花费的费用更低、制造的零件形状更加多样。再如粉末冶金件跟锻件、铸件相比有更少的偏析、更加良好的综合性能和更加简短的工艺流程等。
GH4169合金盘锻件在国内已经得到了广泛的应用，但随着我国航天事业的发展、大飞机等项目的启动，对其提出了更高的要求。
现有技术中，GH4169高温合金以Fe、Cr、Ni为主要元素，主要通过固溶强化来提高其性能。现有合金具有不同的热处理制度，以控制晶粒度、控制δ相形貌、分布和数量，从而获得不同级别的力学性能。合金热处理制度分3类：I类(1010～1065)℃±10℃，1h，油冷、空冷或水冷+720℃±5℃，8h，以50℃/h炉冷至620℃±5℃，8h，空冷，经此制度处理的材料晶粒粗化，晶界和晶内均无δ相，存在缺口敏感性，但对提高冲击性能和抵抗低温氢脆有利。II类(950～980)℃±10℃，1h，油冷、空冷或水冷+720℃±5℃，8h，以50℃/h炉冷至620℃±5℃，8h，空冷。III类720℃±5℃，8h，以50℃/h炉冷至620℃±5℃，8h，空冷，经此制度处理后，材料中的δ相较少，能提高材料的强度和冲击性能，该制度也称为直接时效热处理制度。合金热处理时间较长，需要较多能源，使得GH4169合金的加工成本增加。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种GH4169合金制备方法，大大缩短了GH4169合金热处理时间，其硬度较现有技术中加工方法得到的GH4169合金的硬度提高14％以上。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
本发明提供一种GH4169合金制备方法，包括以下步骤：
步骤1：采用选择性激光熔化3D打印技术制备GH4169合金；
步骤2：将GH4169合金在950℃-1200℃条件下，进行固溶处理0.5h，空冷即得。
固溶处理指的是将钢加热到临界温度以上并进行一定时间的保温使组织奥氏体化后，再以大于临界冷却速率的冷速进行冷却的工艺过程。经过淬火处理的钢组织大多主要为马氏体，有时也有主要为贝氏体或马氏体贝氏体的混合物；另外还有少量残余奥氏体和未溶的第二相。固溶处理的目的是促进各种相在基体中的溶解，最终形成单相奥氏体基体，从而提高合金的整体性能。
进一步的，所述步骤1中，GH4169合金由以下重量百分比的元素组成：Fe 19.63％、Si 0.047％、Cu 0.002％、Nb 4.96％、Ti 0.991％、Al 0.52％、Mo 3.088％、Ni 52.76％、Cr17.96％、C 0.042％。
进一步的，所述步骤1的具体步骤包括：
步骤11：原料配备按照各元素比例称取相应质量的Fe粉、Si粉、Cu粉、Nb粉、Ti粉、Al粉、Mo粉、Ni粉、Cr粉、C粉，混合均匀；
步骤12：利用激光选区熔化设备制备GH4169合金。
优选的，所述步骤2中，固溶处理的温度为950℃，固溶处理0.5h。
进一步的，所述步骤12中，激光选区熔化设备为EOS M280激光选区熔化设备；其中，激光功率300瓦，光斑0.1mm，扫描速度1200mm/s，扫描间隔0.12mm，层厚0.03mm，方向沿高度方向。
本发明还提供一种上述GH4169合金制备方法制备的GH4169合金的应用，所述GH4169合金用于航空航天领域中，主要用于制造涡轮发动机的涡轮叶片、轴和机匣等。
优选的，所述GH4169合金用于600℃以下。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用选择性激光熔化3D打印技术，再经过固溶处理，空冷得到GH4169合金，得到的GH4169合金的硬度与现有技术中得到的GH4169合金的硬度提高14％，硬度的提高增加了材料的耐磨损性能；同时，固溶时间缩短一半，并且不需要时效处理，大大的降低了合金生产成本。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
以下实施例中所用试剂除特殊说明外，均为市售产品。
本发明提供一种低GH4169合金制备方法，具体说明如下。
实施例1
一种GH4169合金制备方法，包括以下步骤：
步骤1：采用选择性激光熔化3D打印技术制备GH4169合金
步骤11：按照各元素比例称取相应质量的Fe粉、Si粉、Cu粉、Nb粉、Ti粉、Al粉、Mo粉、Ni粉、Cr粉、C粉，混合均匀；GH4169合金由以下重量百分比的元素组成：Fe 19.63％、Si0.047％、Cu 0.002％、Nb4.96％、Ti 0.991％、Al 0.52％、Mo 3.088％、Ni 52.76％、Cr17.96％、C 0.042％。
步骤12：利用EOS M280激光选区熔化设备制备GH4169合金；其中，激光功率300瓦，光斑0.1mm，扫描速度1200mm/s，扫描间隔0.12mm，层厚0.03mm，方向沿高度方向；
步骤2：将GH4169合金在950℃，进行固溶处理0.5h，空冷即得。
不同实施例中对GH4169合金进行固溶处理的温度及固溶处理时间如表1所示，其余条件与实施例相同。
表1
序号 固溶处理温度(℃) 固溶处理时间(h)
实施例1 950 0.5
实施例2 1000 0.5
实施例3 1050 0.5
实施例4 1100 0.5
实施例5 1150 0.5
实施例6 1200 0.5
由于篇幅所限，为了进一步说明本发明的有益效果，设置相关的对比例，进行性能验证。各对比例实验条件如表2所示。
对比例1
固溶处理时间为1h，其余条件与实施例1相同。
实施例2-6固溶处理条件如表2所示，其余条件与实施例1相同。
对比例7
按照对比例1的方法将GH4169合金固溶处理1h后，炉冷至720℃，保温8h，然后以50℃/h炉冷至620℃，保温8h，之后空冷即得。
实施例8-12固溶处理条件如表2所示，其余条件与对比例7相同。
表2
为了说明本发明取得的有益效果，将上述实施例1-6和对比例1-12制备的GH4169合金进行如下性能测试。
硬度实验：
在本发明制备的GH4169合金的两端和中间各取一点，使用洛氏硬度计测量3个点的硬度值，计算出平均值，GH4169合金硬度标尺为HRC。
实施例1-6和对比例1-12制备的GH4169合金的硬度数据见表3。
表3
序号 硬度(HRC) 序号 硬度(HRC) 序号 硬度(HRB)
实施例1 28.7 对比例1 27.8 对比例7 68.9
实施例2 27.9 对比例2 21.7 对比例8 78.9
实施例3 15.8 对比例3 10.6 对比例9 68.4
实施例4 19.2 对比例4 18.7 对比例10 64.5
实施例5 20.1 对比例5 10.6 对比例11 51.3
实施例6 10.4 对比例6 8.2 对比例12 80.4
由上表数据可知，与本发明在大大缩短固溶处理时间的基础上，制备的低成本的GH4169合金的硬度与现有技术中相近，甚至实施例1中制备的GH4169合金的硬度较现有技术中(航空材料标准5383(AMS5383)所规定的热处理得到材料的硬度值为25HRC)GH4169合金硬度提高14％。
同时，相较于固溶处理1h的GH4169合金，本发明固溶处理时间仅为其一半，但是制备的GH4169合金的硬度几乎都高于对比例1-6制备的GH4169合金。
在固溶温度为950℃至1050℃左右，随着保温时间的不断延长，δ相开始溶解到基体当中，原来存在δ相的位置产生了空位和位错，其强化作用也开始下降，导致硬度下降。在此温度区间内，本发明制备的低成本的GH4169合金的硬度要高于现有技术固溶处理得到的合金的硬度。
在1050℃左右至1100℃左右，随着保温时间的不断延长，δ相彻底消融到基体当中，此时第二相开始析出，第二相颗粒较小，散布在晶粒当中，起到强化的作用，合金的硬度开始逐步上升，此时实施例3和实施例4制备的GH4169合金的硬度与对比例3和对比例4制备的合金的硬度相近。
在1100℃左右到1200℃，随着保温时间的不断延长，γ"相和γ′相开始粗化，晶粒长大明显，使得合金的硬度下降，此时实施例5和实施例6制备的GH4169合金的硬度比对比例5和对比例6制备的合金的硬度大。
综上，本发明在缩短固溶处理时间，降低能耗的基础上，成功制备得到硬度与现有技术中GH4169合金硬度相近，甚至是高于现有技术中GH4169合金硬度的低成本的GH4169合金。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种GH4169合金制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采用选择性激光熔化3D打印技术制备GH4169合金；
步骤2：将GH4169合金在950℃-1200℃条件下，进行固溶处理0.5h，空冷即得。
2.根据权利要求1所述的GH4169合金制备方法，其特征在于，所述步骤1中，GH4169合金由以下重量百分比的元素组成：Fe 19.63％、Si 0.047％、Cu 0.002％、Nb 4.96％、Ti0.991％、Al 0.52％、Mo 3.088％、Ni 52.76％、Cr 17.96％、C 0.042％。
3.根据权利要求1所述的GH4169合金制备方法，其特征在于，所述步骤1的具体步骤包括：
步骤11：原料配备按照上述各元素比例称取相应质量的Fe粉、Si粉、Cu粉、Nb粉、Ti粉、Al粉、Mo粉、Ni粉、Cr粉、C粉，混合均匀；
步骤12：利用激光选区熔化设备制备GH4169合金。
4.根据权利要求1所述的GH4169合金制备方法，其特征在于，所述步骤2中，固溶处理的温度为950℃，固溶处理0.5h。
5.根据权利要求3所述的GH4169合金制备方法，其特征在于，所述步骤12中，激光选区熔化设备为EOS M280激光选区熔化设备；其中，激光功率300瓦，光斑0.1mm，扫描速度1200mm/s，扫描间隔0.12mm，层厚0.03mm，方向沿高度方向。
6.权利要求1-5任一所述的GH4169合金制备方法制备的GH4169合金的应用，其特征在于，所述GH4169合金用于涡轮发动机的涡轮叶片、轴和机匣。
7.根据权利要求6所述的GH4169合金制备方法制备的GH4169合金的应用，其特征在于，所述GH4169合金用于600℃以下。
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