CN109306399A - 一种提高gh738螺栓类产品机械性能的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，所述GH738螺栓类产品先选用固溶态材料进行头部成型镦制，然后进行稳定化处理，经稳定化处理后在进行一道时效处理，经过一道时效处理后，再增加第二道时效处理，这样便完成了GH738螺栓产品的热处理，通过二道时效处理，使更多高密度γ′强化相析出，以获得尺寸更小、弥散度大、更多的γ′强化相和更多的碳化物，充分强化合金，从而提高GH738螺栓类产品的机械性能。采用本发明所述的热处理方法，解决了常规热处理生产时常出现机械性能不能满足要求的技术难题，制备而得GH738螺栓类产品，可在航空发动机领域进行推广应用。

Description

一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法
技术领域
本发明涉及机械零部件中航空发动机GH738螺栓类产品热处理工艺技术领域，具体地说是一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法。
背景技术
GH738是以γ′相沉淀硬化的镍基高温合金，该合金在国外广泛用于航空发动机和燃气轮机，主要用作涡轮叶片及涡轮盘等转动件，有成熟的使用经验。由于该合金含钴量较高，在国内较少采用。GH738相当于美系Waspaloy高温合金。该材料在815℃以下具有良好的耐燃气腐蚀能力、较高的屈服强度和疲劳必能，工艺塑性良好，组织稳定。在国内该合金已在航空领域的应用越来越广泛，适合制造在815℃以下长期工作的航空发动机转动部件，如涡轮盘、压气机盘、转子叶片和高温紧固件等。常用使用温度≤730℃，用GH738制造的航空发动机螺栓类产品，主要起连接和紧固各相关零部件作用，而GH738螺栓类产品机械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GH738螺栓产品，其技术要求为：(1)室温抗拉≥1210MPa；(2)硬度34～44HRC；(3)应力断裂试验730℃、加载520MPa、保持23h不断；(6)晶粒度2～6级，不允许有粗细晶粒带存在。在航空用螺栓类产品的长期生产中，选用固溶态经镦制采用常规热处理，即稳定化和时效工艺，GH738稳定化处理一方面是在晶界析出呈链状分布的碳化物或其他相，阻止晶粒沿晶界滑动，起钉扎作用，从而提高晶界强度；另一方面在晶内析出粗大的γ′相。采用时效工艺的目的是进一步析出细小的γ′相和碳化物颗粒，使主要强化相数量增加，从而进一步提高GH738的强度。但是现有的紧固件中GH738螺栓类产品按常规热处理后时常出现因机械性能不能满足技术要求而报废。针对这一问题，本发明提供一种热处理方法，很好的解决了上述难题，具有推广价值。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种热处理方法，以解决采用常规的热处理不能满足GH738螺栓类产品机械性能的技术问题，保证晶粒度合格的前提下，大幅度提高GH738螺栓类产品的机械性能，从而保证了螺栓的抗拉性能、应力断裂性能、使用安全性，具体地说是一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，所述GH738螺栓类产品先选用固溶态材料进行头部成型镦制，然后进行稳定化处理，经稳定化处理后在进行一道时效处理，经过一道时效处理后，再增加第二道时效处理，这样便完成了GH738螺栓产品的热处理，通过二道时效处理，使更多高密度γ′强化相析出，以获得尺寸更小、弥散度大、更多的γ′强化相和更多的碳化物，充分强化合金，从而提高GH738螺栓类产品的机械性能。
进一步地，本发明所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其中所述稳定化处理的工艺参数为：在室温入炉，升温70min，加热温度845℃，保温240min，保温结束后，采用空冷或气冷方式冷却；其中稳定化处理采用真空气淬炉，炉温均匀性控制在±10℃，控温精度±5℃，加热保温期间真空度控制在0.13～13Pa范围内,入炉前对零件进行清洗并烘干。
进一步地，本发明所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其中所述一道时效工艺参数为：室温入炉，升温60min，加热温度760℃，保温960min，保温结束后，采用空冷或气冷方式快速冷却；其中一道时效处理采用单室真空气淬炉，加热保温期间真空度控制在0.13～1.3Pa范围内，入炉前将经过稳定化处理的零件加工成螺栓类产品，同时对其进行清洗并烘干。
进一步地，本发明所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其中所述第二道时效工艺参数为：加热温度730℃，保温16h，保温结束后，采用空冷或气冷方式快速冷却，入炉前对零件进行清洗并烘干。
进一步地，本发明所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其中所述第二道时效采用单室真空回火炉，炉温均匀性控制在±10℃，控温精度±1℃，加热保温期间需要回充惰性气体保护加热，并通过循环风扇搅拌使惰性气体均匀分散于真空回火炉内。
进一步地，本发明所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其中加热保温期间真空回火炉内的真空度控制在0.13～1.3Pa范围内，并回充氩气保护加热，保温结束后，采用气冷方式快速冷却。
进一步地，本发明所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其中加热保温期间真空回火炉内的真空度控制在0.13～1.3Pa范围内，并回充氩气保护加热，保温结束后，采用气冷方式快速冷却。
采用本发明所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，与现有技术相比，其有效效果在于：与现有的GH738螺栓类产品常规热处理技术相比，本发明是在先经过稳定化处理后，进行一道时效工艺，然后再增加第二道时效工艺，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、更多的γ′强化相和更多的碳化物，充分强化合金。第二道时效温度的选取原则是在GH738的使用温度附近，以使合金的组织在使用过程中稳定，特别是希望γ′相的尺寸、大小的数量基本保质稳定。若时效温度远高于使用温度，那么在零件使用过程中γ′相会进一步析出，作为一种应力时效，析出相的数量增多，从而会改变合金的力学性能；若时效温度远低于使用温度，主要强化相在使用过程中会聚集长大，从而会降低合金的强度。由于常规热处理只有一道时效，且时效后的γ′尺寸只有一种。相比之下，采用两道时效后析出的γ′体积分数更大，拥有两种不同尺寸的γ′强化相，强烈阻碍位错在晶界滑动，使得GH738螺栓类产品的机械性能得到大幅度提高，保证了螺栓类产品的抗拉性能、应力断裂性能、使用安全性。从而成功解决了常规热处理生产时常出现机械性能不能满足要求的技术难题。因此，采用本发明所述方法制备而得GH738螺栓类产品，可在航空发动机领域进行推广应用。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1是镦制后待热处理的GH738螺栓类产品结构示意图。
具体实施方式
为进一步说明本发明的发明构思，以下将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
本发明所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，所述GH738螺栓类产品先选用固溶态材料进行头部成型镦制，然后进行稳定化处理，经稳定化处理后在进行一道时效处理，经过一道时效处理后，再增加第二道时效处理，这样便完成了GH738螺栓产品的热处理，通过二道时效处理，使更多高密度γ′强化相析出，以获得尺寸更小、弥散度大、更多的γ′强化相和更多的碳化物，充分强化合金，从而提高GH738螺栓类产品的机械性能。
进一步地，本发明所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其中所述稳定化处理的工艺参数为：在室温入炉，升温70min，加热温度845℃，保温240min，保温结束后，采用空冷或气冷方式冷却；其中稳定化处理采用真空气淬炉，炉温均匀性控制在±10℃，控温精度±5℃，加热保温期间真空度控制在0.13～13Pa范围内,入炉前对零件进行清洗并烘干。
进一步地，本发明所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其中所述一道时效工艺参数为：室温入炉，升温60min，加热温度760℃，保温960min，保温结束后，采用空冷或气冷方式快速冷却；其中一道时效处理采用单室真空气淬炉，加热保温期间真空度控制在0.13～1.3Pa范围内，入炉前将经过稳定化处理的零件加工成螺栓类产品，同时对其进行清洗并烘干。
进一步地，本发明所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其中所述第二道时效工艺参数为：加热温度730℃，保温16h，保温结束后，采用空冷或气冷方式快速冷却，入炉前对零件进行清洗并烘干。
进一步地，本发明所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其中所述第二道时效采用单室真空回火炉，炉温均匀性控制在±10℃，控温精度±1℃，加热保温期间需要回充惰性气体保护加热，并通过循环风扇搅拌使惰性气体均匀分散于真空回火炉内。
进一步地，本发明所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其中加热保温期间真空回火炉内的真空度控制在0.13～1.3Pa范围内，并回充氩气保护加热，保温结束后，采用气冷方式快速冷却。
进一步地，本发明所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其中加热保温期间真空回火炉内的真空度控制在0.13～1.3Pa范围内，并回充氩气保护加热，保温结束后，采用气冷方式快速冷却。
实施例
本实施例是对一种航空发动机上所用的GH738螺栓类产品加工工艺，对现有GH738螺栓在加工时，选用固溶态材料先进行头部成型镦制，如图1所示，然后进行稳定化处理，再经过机加工、滚丝、滚R，最后加工成产品后进行时效处理，采用现有的加工方法，其抗拉、高温持久性能不够理想。
为了提高GH738螺栓类产品的机械性能，先进行稳定化处理后，进行一道时效处理，然后再增加第二道时效处理，具体加工工艺步骤为：选用固溶态材料先进行头部成型镦制，如图1所示，然后进行稳定化处理，所述稳定化处理工艺参数如下：室温入炉，升温70min，加热温度845℃，保温240min，空冷或气冷。稳定化处理采用真空气淬炉，炉温均匀性±10℃，控温精度±5℃，加热保温期间真空度控制在0.13～13Pa范围内。入炉前对零件进行清洗并烘干。经稳定化处理后在进行一道时效处理，所述一道时效工艺参数：室温入炉，升温60min，加热温度760℃，保温960min，空冷或快速冷却；经过一道时效处理后再增加第二道时效处理，这样便完成了GH738螺栓产品的热处理，具体第二道时效工艺参数如下：室温入炉，升温70min，加热温度730℃，保温960min，空冷或快速冷却。时效采用单室真空回火炉，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。通过二道时效处理，使更多高密度γ′强化相析出，以获得尺寸更小、弥散度大、更多的γ′强化相和更多的碳化物，充分强化合金，从而提高GH738螺栓类产品的机械性能。
具体实施时，先将头部镦制成型的螺栓清洗并烘干，采用真空气淬炉进行稳定化，装炉时产品单层均匀摆放在气淬炉工装上，室温入炉开始加热，升温70min，加热温度845℃，保温240min，加热保温期间真空度控制在0.13～13Pa范围内，保温结束后，采用气冷方式冷却。然后加工成成品后将螺栓清洗并烘干，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760℃，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，采用气冷方式快速冷却。然后取1/2经过第一道时效的零件接着进行第二道时效处理，采用单室真空回火炉，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730℃，保温960min，加热保温期间真空度控制在0.13～1.3Pa范围内，并回充氩气保护加热，同时通过循环风扇搅拌使惰性气体均匀分散于真空回火炉内。保温结束后，采用气冷方式快速冷却。
为了说明采用本发明所述方法制备而得的GH738螺栓类产品的机械性能，按实施例所述方法将二种不同热处理方式制备而得的GH738螺栓类产品进行试验，分别取样做金相检测、高温持久试验，在温度为730℃施加520MPa，第一件断裂时间为持久时间、抗拉强度检测。具体试验检测数据如下：
1、晶粒度情况：
二种热处理方式制备而得的GH738螺栓类产品的晶粒度均为3～4级。
2、硬度情况(分别取10件进行试验)：
热处理方法 硬度(34～44HRC) 平均硬度
760℃×960min 气冷 35、35.4、35.5、36、35.3、35.5、36.1、35.8、36、35.4 35.6
760℃×960min 气冷+730℃×960min 气冷 36、36.9、36.6、37、36.8、36.5、36.5、36.7、37、36.8 36.7
3、持久性能情况(分别取8件进行试验)：
热处理方法 σ(730℃)=520MPa 23h不断
760℃×960min 气冷 1～8#件，首件25.49h断
760℃×960min 气冷+730℃×960min 气冷 1～8#件，首件36.62h断
4、室温抗拉(分别取5件进行试验)：
热处理方法 最小破坏载荷（KN） 平均载荷（KN）
760℃×960min 气冷 18.51、18.2、18.5、17.92、18.3 18.27
760℃×960min 气冷+730℃×960min 气冷 19.68、19.2、19.7、19.83、19.15 19.51
通过以上试验检测可知，经过二道时效处理后，产品的抗拉强度、持久性能得到大幅度提升，从而能大大提高GH738螺栓类产品的机械性能。
本发明的保护范围不仅限于具体实施方式所公开的技术方案，以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不限制本发明，凡依据本发明的技术方案所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其特征在于：所述GH738螺栓类产品先选用固溶态材料进行头部成型镦制，然后进行稳定化处理，经稳定化处理后在进行一道时效处理，经过一道时效处理后，再增加第二道时效处理，这样便完成了GH738螺栓产品的热处理，通过二道时效处理，使更多高密度γ′强化相析出，以获得尺寸更小、弥散度大、更多的γ′强化相和更多的碳化物，充分强化合金，从而提高GH738螺栓类产品的机械性能。
2.根据权利要求1所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其特征在于：所述稳定化处理的工艺参数为：在室温入炉，升温70min，加热温度845℃，保温240min，保温结束后，采用空冷或气冷方式冷却；其中稳定化处理采用真空气淬炉，炉温均匀性控制在±10℃，控温精度±5℃，加热保温期间真空度控制在0.13～13Pa范围内,入炉前对零件进行清洗并烘干。
3.根据权利要求1所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其特征在于：所述一道时效工艺参数为：室温入炉，升温60min，加热温度760℃，保温960min，保温结束后，采用空冷或气冷方式快速冷却；其中一道时效处理采用单室真空气淬炉，加热保温期间真空度控制在0.13～1.3Pa范围内，入炉前将经过稳定化处理的零件加工成螺栓类产品，同时对其进行清洗并烘干。
4.根据权利要求1所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其特征在于：所述第二道时效工艺参数为：加热温度730℃，保温16h，保温结束后，采用空冷或气冷方式快速冷却，入炉前对零件进行清洗并烘干。
5.根据权利要求4所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其特征在于：所述第二道时效采用单室真空回火炉，炉温均匀性控制在±10℃，控温精度±1℃，加热保温期间需要回充惰性气体保护加热，并通过循环风扇搅拌使惰性气体均匀分散于真空回火炉内。
6.根据权利要求5所述的一种提高GH738螺栓类产品机械性能的热处理方法，其特征在于：加热保温期间真空回火炉内的真空度控制在0.13～1.3Pa范围内，并回充氩气保护加热，保温结束后，采用气冷方式快速冷却。
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