CN110195198B - 利用脉冲电流处理技术优化gh3030合金晶界特征分布的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用脉冲电流处理技术优化GH3030合金晶界特征分布的工艺，包括下列步骤：⑴对固溶强化型镍基高温合金GH3030进行预处理，即固溶处理后进行冷轧变形；⑵对冷轧态GH3030合金进行脉冲电流处理。与常规热处理工艺相比，本发明所采用的脉冲电流处理技术具有加热效率高、清洁、能耗低、可精确设计和控制、操作简单等诸多优点，而且脉冲电流处理可以在较低温度下快速提高冷轧态GH3030合金中低ΣCSL晶界的比例，能以较低的能耗实现晶界特征分布的高效优化，相对于现有晶界工程技术，具有能耗低、效率高、清洁与工艺流程短等有益效果。

Description

利用脉冲电流处理技术优化GH3030合金晶界特征分布的工艺
技术领域
本发明涉及镍基高温合金晶界工程技术领域，具体涉及一种利用脉冲电流处理技术优化GH3030合金晶界特征分布的工艺。
背景技术
GH3030合金作为一种固溶强化型镍基高温合金，其在800℃以下具有优异的热强性和高塑性，并且具有良好的抗氧化、热疲劳、冷冲压和焊接工艺性能，因此在航空航天、能源动力、交通运输和石油化工等领域得到了广泛的应用。可是，随着GH3030合金的应用范围不断扩大，其在高温高压且存在腐蚀介质的环境下服役越来越频繁，而晶界往往会成为它的薄弱环节，容易发生晶间断裂与晶间腐蚀失效，从而为该合金部件的长期服役带来安全隐患。
晶界是多晶体材料的重要结构特征之一，而多晶体材料中发生的晶间腐蚀和晶间断裂等失效行为都与晶界结构密切相关。目前，晶界工程的主要技术手段为形变热处理工艺，而其研究对象主要为低层错能的面心立方金属材料(如镍基高温合金)，这类材料经形变热处理后很容易形成退火孪晶，而退火孪晶与母体晶粒之间的晶界为Σ3晶界。与一般大角度晶界相比，这类低ΣCSL晶界具有更低的晶界自由能，更强的晶界失效抗力，而且高比例的低ΣCSL晶界可以有效改善材料的耐腐蚀性能，因而高比例的低ΣCSL晶界也被认为是衡量多晶体材料晶界特征分布优化的重要指标。
然而，在采用常规形变热处理工艺优化镍基高温合金的晶界特征分布时，不仅所需热处理温度较高，而且往往需要反复热处理，甚至长时间热处理，其能耗高、效率低。
作为一种新型热处理方法，脉冲电流处理技术不仅具有加热效率高、清洁、能耗低、可精确设计和控制、操作简单等诸多优点，而且脉冲电流可以在较低温度下加速冷轧态镍基高温合金中的再结晶进程，并促使退火孪晶在再结晶过程中不断形成，这就为在较低温度下，快速实现GH3030合金晶界特征分布优化提供了一种新的思路。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用脉冲电流处理技术优化GH3030合金晶界特征分布的工艺。
本发明采用以下的技术方案：
一种利用脉冲电流处理技术优化GH3030合金晶界特征分布的工艺，包括下列步骤：
⑴对固溶强化型镍基高温合金GH3030进行预处理，即固溶处理后进行冷轧变形；
⑵对冷轧态GH3030合金进行脉冲电流处理，处理参数为：脉冲电流频率为100Hz，占空比为50％；
平均电流密度为6.8A/mm2，脉冲电流处理温度为700±10℃，处理时间为10min～30min；冷却方式为淬火。
进一步地，步骤⑴中所述固溶处理为GH3030合金在1130℃温度下处理2h，空冷。
进一步地，步骤⑴中所述冷轧变形的变形量为50％。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
1、本发明所采用的脉冲电流处理技术，可以在较低温度下快速提高冷轧态GH3030合金中低ΣCSL晶界的比例，尤其是Σ3晶界的比例可以提高至40％以上，可实现合金晶界特征分布的低能耗、高效优化；
2、本发明以脉冲电流处理技术替代传统热处理方法，具有加热效率高、清洁等有益效果；
3、本发明中不需要对冷轧态GH3030合金进行反复脉冲电流处理，其工艺流程短。
附图说明
图1为经1130℃固溶处理2h后GH3030合金中的特殊晶界含量分布图；
图2为冷轧态GH3030合金在700℃下脉冲电流处理10min后的特殊晶界含量分布图；
图3为冷轧态GH3030合金在700℃下脉冲电流处理20min后的特殊晶界含量分布图；
图4为冷轧态GH3030合金在700℃下脉冲电流处理30min后的特殊晶界含量分布图；
图5为冷轧态GH3030合金在经700℃退火处理30min后的特殊晶界含量分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体的说明：
一种利用脉冲电流处理技术优化GH3030合金晶界特征分布的工艺，包括下列步骤：
⑴对固溶强化型镍基高温合金GH3030进行预处理，即固溶处理后进行冷轧变形；
⑵对冷轧态GH3030合金进行脉冲电流处理，处理参数为：脉冲电流频率为100Hz，占空比为50％；
平均电流密度为6.8A/mm2，脉冲电流处理温度为700±10℃，处理时间为10min、20min和30min；冷却方式为淬火。
进一步地，步骤⑴中所述固溶处理为GH3030合金在1130℃温度下处理2h，空冷。
进一步地，步骤⑴中所述冷轧变形的变形量为50％。
实施例1
本发明所述的一种利用脉冲电流处理技术优化GH3030合金晶界特征分布的工艺，包括下列步骤：
⑴对固溶强化型镍基高温合金GH3030进行预处理，即固溶处理(1130℃温度下处理2h，空冷)+冷轧变形(冷轧变形量50％)。
⑵对冷轧态GH3030合金进行脉冲电流处理，在700℃温度下脉冲电流处理10min，其中，脉冲电流的电流频率为100Hz，占空比为50％，平均电流密度为6.8A/mm2。
测定合金晶界特征分布：采用EBSD技术，观察和分析脉冲电流处理后GH3030合金中的晶界特征分布，其结果如图1、图2所示。GH3030合金经1130℃处理2h空冷后，在该组织中，Σ3晶界的比例为26.06％。冷轧态GH3030合金在脉冲电流处理温度700℃条件下处理10min后，其Σ3晶界比例达到40.2％，比经固溶处理后GH3030合金中的Σ3晶界比例提高了约54％，其晶界特征分布优化效果明显。
实施例2
本发明所述的一种利用脉冲电流处理技术优化GH3030合金晶界特征分布的工艺，包括下列步骤：
⑴对固溶强化型镍基高温合金(GH3030合金)进行预处理，即固溶处理(1130℃温度下处理2h，空冷)+冷轧变形(冷轧变形量50％)。
⑵对冷轧态GH3030合金进行脉冲电流处理，在700℃温度下脉冲电流处理20min，其中，脉冲电流的电流频率为100Hz，占空比为50％，平均电流密度为6.8A/mm2。
测定合金晶界特征分布：采用EBSD技术，观察和分析脉冲电流处理后GH3030合金中的晶界特征分布，其结果如图1、图3所示。GH3030合金经1130℃处理2h空冷后，在该组织中，Σ3晶界的体积分数为26.06％。冷轧态GH3030合金在脉冲电流处理温度700℃条件下处理20min后，其Σ3晶界比例达到41％，比经固溶处理后GH3030合金中的Σ3晶界比例提高了约57％，其晶界特征分布优化效果明显。
实施例3
本发明所述的一种利用脉冲电流处理技术优化GH3030合金晶界特征分布的工艺，包括下列步骤：
⑴对固溶强化型镍基高温合金(GH3030合金)进行预处理，即固溶处理(1130℃温度下处理2h，空冷)+冷轧变形(冷轧变形量50％)。
⑵对冷轧态镍基高温合金进行脉冲电流处理，在700℃温度下脉冲电流处理30min，其中，脉冲电流的电流频率为100Hz，占空比为50％，平均电流密度为6.8A/mm2。
测定合金晶界特征分布：采用EBSD技术，观察和分析热处理后冷轧态GH3030合金中的晶界特征分布，其结果如图1、图4所示。GH3030合金经1130℃固溶处理2h空冷后，在该组织中，Σ3晶界的比例为26.06％。冷轧态GH3030合金在脉冲电流处理温度700℃条件下处理30min后，其Σ3晶界比例达到42.5％，比经固溶处理后GH3030合金中的Σ3晶界比例提高了约63％，其晶界特征分布优化效果明显。
对比例1
此例用于对比本发明所述工艺，包括下列步骤：
⑴对固溶强化型镍基高温合金(GH3030合金)进行预处理，即固溶处理(1130℃温度下处理2h，空冷)+冷轧变形(冷轧变形量50％)。
⑵对冷轧态镍基高温合金进行常规退火处理，在700℃温度下退火处理30min。
测定合金晶界特征分布：采用EBSD技术，观察和分析热处理后GH3030合金中的晶界特征分布，其结果如图1、图5所示。GH3030合金经1130℃处理2h空冷后，在该组织中，Σ3晶界的体积分数为26.06％。冷轧态GH3030合金在退火处理温度700℃条件下处理30min后，其Σ3晶界比例仅为12.0％。由此可见，在700℃下常规退火处理30min，无法有效提高冷轧态GH3030合金中Σ3晶界的比例。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种利用脉冲电流处理技术优化GH3030合金晶界特征分布的工艺，其特征在于，包括下列步骤：
⑴对固溶强化型镍基高温合金GH3030进行预处理，即固溶处理后进行冷轧变形；所述固溶处理制度为GH3030合金在1130℃温度下处理2h，空冷；所述冷轧变形的变形量为50％；
⑵对冷轧态GH3030合金进行脉冲电流处理，处理参数为：脉冲电流频率为100Hz，占空比为50％；
平均电流密度为6.8A/mm2，脉冲电流处理温度为700±10℃，处理时间为10～30min；冷却方式为淬火。
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