CN1094994C - 一种由铁－镍超级高温合金组成的耐高温材料体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

耐热材料体的制造方法。在该方法中通过在炉子中进行固溶退火和随后的沉淀硬化，使由IN706型铁-镍超级高温合金组成的原始体进行预先规定的热硬化而形成材料体。当已固溶退火的原始体以0.5℃/min和20℃/min之间的冷却速度从固溶退火的预先规定退火温度冷却到沉淀硬化的预定温度时，该材料体的特点是在高耐热性下具有特别大的延性。

Description

一种由铁-镍超级高温合金组成的耐高温材料体的制造方法
在本发明中以一种制造耐高温材料体的方法为出发点，该制造方法是在炉子中通过固溶退火和随后的沉淀硬化，使由IN706型铁-镍超级高温合金组成的原始体进行预定的热硬化。这样一种材料体以在约700℃的温度具有高强度而著称，并因而有利地应用于热机器，尤其像燃气透平。
对此本发明涉及到一种现有技术，这种现有技术譬如J.H.Moll等在“Heat Treatment of 706 Alloy foroptimum 1200°F stress-Ruptureproperties”Met.Trans.1971，vol.2，pp.2153-2160中已经描述。
由这种现有技术已知，用作温度负荷结构构件材料的IN706合金的极限性能，尤其像耐热性和延性是通过进行合适的热处理方法确定的。典型的热处理方法根据由IN706合金锻造的原始体的组织结构包括以下工艺步骤：
原始体在温度980℃固溶退火1小时，
用空气冷却固溶退火的原始体，
在温度840℃沉淀硬化3小时，
用空气冷却，
在温度720℃沉淀硬化8小时，
以约55℃/h冷却速度冷却到620℃，
在温度620℃沉淀硬化8小时，以及
用空气冷却，或者
原始体在温度约900℃固溶退火1小时，
用空气冷却，
在720℃沉淀硬化8小时，
以约55℃/h冷却速度冷却到620℃，
在620℃沉淀硬化8小时，以及
用空气冷却。
如权利要求1所述的本发明的目的在于提供一种开头所述类型的方法，用该方法能够以简单的方式获得由IN706型合金组成的材料体，该材料体尽管有高的耐热性但也具有大的延性。
按照本发明的方法主要特征是，它可以简单地进行，并且避免形成导致脆化的析出。一种按照本发明方法制造的材料体在温度约700℃具有约600MPa的拉抗强度和约30％的延伸率，因此它非常卓越地适合作为制造大型燃气透平的高热和高机械负荷转子的原材料。
下面详细解释本发明的优选实施方式和以此达到的其他优点。
四个商业可以实列的由IN706合金组成的锻造原始体A、B、C、D各自放入一台炉子中，并经受不同的热处理工艺。这些原始体总是具有相同的组织结构和相同的化学成分。作为成分已查明下述元素(按百分重量)：
              0.01C
              0.04Si
              0.12Mn
              ＜0.001S
              0.005P
              16.03G
              41.90Ni
              0.19Al
              0.01Co
              1.67Ti
              ＜0.01Cu
              2.95Nb
              其余Fe
      该原始体的成分可以在下述的极限范围内波动：
              最多0.02C
              最多0.10Si
              最多0.20Mn
              最多0.002S
       最多0.015P
       15-18Cr
       40-43Ni
       0.1-0.3Al
       最多0.30Co
       1.5-1.8Ti
       最多0.30Cu
       2.8-3.2Nb
       其余Fe下面表格式地说明四种原始体的热处理工艺。
原始体    A    B    C    D
在炉中在980℃固溶退火3小时在炉中在925℃固溶退火10小时在炉中在910℃固溶退火10小时    X    X X X
用空气冷却    X
在炉中以1[℃/min]冷却    X    X    X
在炉中在820℃保持10小时    X    X
在炉中以1[℃/min]冷却    X    X    X
在炉中在730℃保持10小时在炉中在730℃保持48小时    X    X X    X
在炉中冷却    X    X    X    X
在炉中在620℃保持5小时在炉中在620℃保持8小时在炉中在620℃保持16小时    X X    X X
材料体    A’    B’    C’    D’
从由此产生的材料体A’、B’、C’和D’车削成用于拉力试验的旋转对称试样。这些试样在其两端各装有一个插入试验机的螺纹，并且各具有一个在两个测量标距之间延伸的直径5mm、长约24.48mm的圆棒截面。这些试样在温度约705℃、以速度约0.01(mm/min)拉伸至断裂。此时测定的抗拉强度和断裂延伸率的数值一起列于下述表中。
材料体     A’     B’     C’     D’
在705℃的抗拉强度(MPa)     760     580     610     620
在705℃的断裂延伸率(％)     2.5     33     31.5     27.5
从这些数值可以看出，在按照本发明的方法制造的材料体B’、C’和D’中，在705℃的断裂延伸率比按照现有技术方法制造的原始体A’的705℃的断裂延伸率大约10-12倍，而抗拉强度仅减小约20％。按照本发明的方法制造的材料体可以极有利地用作大型燃气透平的转子，因为它具有足够的耐高温性，并且因为材料的高延性，不可避免的局部温度梯度只能局部形成小的应力。
当固溶退火的原始体以0.5℃/min和20℃/min之间的冷却速度从固溶退火预定的退火温度冷却到沉淀硬化预先规定的温度时，706合金达到上述性能。如果冷却速度选择大于20℃/min，则断裂延伸率剧烈降低，因而延性也剧烈降低。反之，如果冷却速度选择小于0.5℃/min，则该方法不再以经济的方式实施。因此优选的冷却速度是1℃/min和5℃/min之间。
固溶退火应当根据原始体的大小，在温度900和1000℃之间进行最多15小时。
通过在一定温度保持而引起的沉淀硬化，应当优先选择多级地进行至少10小时和最多70小时。在沉淀硬化中，固溶退火过的原始体在第一级应加热到温度700和760℃之间，而在第二级应当加热到温度600和650℃之间，并且在第一级在该温度要保持至少10小时，而最多50小时，在第二级在该温度要保持至少5小时，而最多20小时。
沉淀硬化的第一级可以前接另一个热处理步骤，在该步骤中已固溶退火的原始体在温度800℃和850℃之间保持(材料体B’)。

Claims (9)

1.一种耐热材料体的热处理方法，该方法包括：在炉中提供并由IN706型铁-镍超级耐热合金制成的热加工硬化的原始体的固溶退火和随后的沉淀硬化步骤，其特征是，已固溶退火的原始体以0.5℃/min和20℃/min之间的冷却速度从固溶退火的退火温度冷却到在第一级中为内沉淀硬化提供的温度700-760℃。
2.按照权利要求1的方法，其特征是，冷却速度为1-5℃/min。
3.按照权利要求1或2的方法，其特征是，固溶退火在温度900℃和1000℃之间进行至多15小时。
4.按照权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征是，沉淀硬化多级地进行至少10小时，而最多70小时。
5.按照权利要求4的方法，其特征是，已固溶退火的原始体在沉淀硬化时，第二级在温度600℃和650℃之间进行热处理。
6.按照权利要求5的方法，其特征是，沉淀硬化的第一级进行至少10小时，而最多50小时。
7.按照权利要求5或6的方法，其特征是，沉淀硬化的第二级进行至少5小时，而最多20小时。
8.按照权利要求4-7中任一项所述的方法，其特征是，通过在炉中冷却进行从第一级到第二级的过渡。
9.按照权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征是，沉淀硬化的第一级之前接另一个热处理步骤，在该热处理步骤中已固溶退火的原始体保持在800℃-820℃之间的温度下。
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