CN110938788B - 一种基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法，属于真空热处理技术领域；其特征在于，具体步骤如下：(1)对零件进行清洗除杂处理；(2)1～6次固溶处理和1次时效处理；(3)真空热处理；(4)重复进行步骤2的固溶、时效处理；(5)检查试件中δ相数量，并同时检测持久性能。本发明能够显著地改善K4169合金组织中的δ相，使材料的持久性能满足了技术条件要求，改善了合金的组织性能，可以作为出现缺陷后的补救措施；特别适用于多次补焊后固溶次数超过五次处理的K4169合金零件，其工艺具有广泛的应用价值。

Description

一种基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法
技术领域
本发明属于真空热处理技术领域，具体涉及一种改善K4169组织中δ相数量的工艺方法。
背景技术
K4169合金具有较高的强度、塑性，优良的耐腐蚀性、抗氧化性、耐辐照性以及良好的焊接性能，已广泛应用于700℃以下工作环境的航空发动机部件以及大型结构件中，是目前世界上使用量较大的高温合金之一。航空发动机中的涡轮后机匣是发动机中的重要部件，K4169合金制造的涡轮后机匣铸件，由于零件外形较大，铸件浇注后冶金缺陷较多，为了消除一些铸件缺陷，铸件需要补焊处理，在补焊完成后按技术条件要求需进行固溶处理，因此在实际的生产过程中，随着补焊次数的增多，铸件需反复进行固溶处理，造成K4169合金晶界及晶内的δ相增多，消耗合金基体中的强化元素，导致合金的力学性能下降，降低了材料的持久性能，造成零件的报废。
目前，现有技术只能针对K4169补焊件的固溶热处理次数进行限制，不能有效地控制晶界及晶内的δ相组织。
发明内容
针对现有技术的不足本发明提供了一种改善K4169组织中δ相数量的工艺方法，具体为通过采用适当的真空高温热处理工艺，使K4169合金中的δ相回溶，再经过固溶处理后重新析出，达到调整零件组织中δ相数量的目的。
本发明成功降低了对于K4169补焊件反复固溶处理造成的δ相增多、持久性能下降的问题，经真空高温热处理后，改善K4169合金铸件中的δ相数量，持久性能满足技术条件要求，提高了零件的合格率。
本发明的一种基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法，按照以下步骤进行：
步骤1，前期处理：
对零件进行工序检查，清洗表面杂质；
步骤2，固溶、时效处理：
(1)固溶处理：零件室温装入真空气淬炉，抽真空至真空室压强至0.13Pa以下，随炉升温至955℃，保温1～1.5h，保温结束后充氩气0.2～0.4MPa冷却至80℃以下出炉；
(2)时效处理：零件室温装入真空气淬炉，抽真空至真空室压强至0.13Pa以下，随炉升温至720℃，保温7～9h，然后在炉内以50℃/h冷却至620℃，保温7～9h，保温结束后充氩气0.2～0.4MPa冷却至80℃以下出炉；
步骤3，真空热处理：
零件室温装入真空气淬炉，抽真空至真空室压强至0.13Pa以下，随炉升温至1000～1100℃，保温2～3h，保温结束后充氩气0.2～0.4MPa冷却至80℃以下出炉；
步骤4：
重复进行步骤2的固溶+时效处理；
步骤5，检查：
观察试件中δ相数量，并同时检测持久性能。
所述的基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法，其中：
所述步骤2(1)中，加热、保温过程中，温度大于800℃时，真空室内压强大于100Pa。
所述步骤2(1)中，固溶处理需要依据制定的固溶次数重复进行，具体为1～6次。
所述步骤3中，加热、保温过程中，温度大于800℃时，真空室内压强大于100Pa。
所述步骤3中，真空处理是为了使δ相溶解。
所述步骤4中，固溶+时效处理是为了在1000～1100℃的真空处理过程中溶解的、合金持久性能所要求的强化相重新析出。
本发明技术方案：
本发明从找出减少多次固溶处理后K4169高温合金组织中δ相数量的热处理工艺出发，开展不同温度和时间等参数的工艺试验，最终确定一种热处理方法可以有效地改善K4169合金组织中δ相数量，同时为了避免零件的氧化，选用真空炉作为试验设备。
①真空工艺试验
试样处理前，表面应清洁，无多余物；为了验证高温热处理对改善δ相数量的作用，将试样分别进行了1～6次固溶处理+1次时效处理，并将6次固溶、1次时效处理的试样进行高温热处理，具体方案见表1。
表1试样热处理方式
Figure BDA0002280587420000021
Figure BDA0002280587420000031
②组织观察
本发明采用金相显微镜观察工艺试验试件的组织。
③持久性能测试
本发明采用拉力试验机测试持久性能，对表1中7种试样进行持久性能检测，具体结果见表2。
表2试样持久性能检测结果
试样编号 试验应力/Mpa 试验温度/℃ 试验时间/h
1 620 650 40.6
2 620 650 62.5
3 620 650 38.8
4 620 650 56.0
5 620 650 47.3
6 620 650 19.4
7 620 650 62.3
技术要求 620 650 ≥20
④确定最终的热处理工艺
通过金相显微镜观察试件的微观组织，并且结合持久性能检测结果，本发明确定采用6次固溶+1次时效+1095℃/2～3h真空处理+固溶+时效的热处理方式。
本发明优点：
(1)本发明能够显著地改善K4169合金组织中的δ相，特别适用于多次补焊后固溶次数超过五次处理的K4169合金零件，其工艺具有广泛的应用价值。
(2)采用1095℃/2～3h+955℃/1h+720℃/8h+620℃/8h的真空处理工艺参数，可以有效地改善多次固溶处理后K4169高温合金组织中δ相的数量。该热处理制度1095℃下δ相分解，在随后的955℃固溶及720℃和620℃时效过程中合金重新调整组织，使材料的持久性能满足了技术条件要求，改善了合金的组织性能，可以作为出现缺陷后的补救措施。
附图说明
图1为本发明实施例1中的K4169合金热处理金相组织图。
图2为本发明实施例4中的K4169合金热处理金相组织图。
图3为本发明实施例1-5基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法的操作工艺流程图。
具体实施方式
实施例1～5中固溶、时效处理按照表格1的方法进行，具体操作流程如图3所示。
实施例1
一种基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法，该方法采用6次固溶处理+1次时效+真空处理+固溶+时效的热处理工艺，具体工艺参数为1095℃/2.5h+955℃/1h+720℃/8h+620℃/8h。
上述基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法，具体实施步骤为：
步骤1，前期处理：
对K4169合金零件进行工序检查，清洗表面杂质；
步骤2，固溶、时效处理：
随后对真空处理后的零件进行6次固溶+1次时效处理；
(1)固溶处理：室温下将零件装入真空气淬炉中，抽真空至真空室压强至0.12Pa，随炉升温至955℃，保温1h，保温结束后充氩气0.2MPa冷却至80℃以下出炉；
(2)时效处理：室温下将零件装入真空气淬炉中，抽真空至真空室压强至0.10Pa，随炉升温至720℃，保温8h，然后在炉内以50℃/h冷却至620℃，保温8h，保温结束后充氩气0.2MPa冷却至80℃以下出炉；
步骤3，真空热处理：
然后室温下将清洗除杂后的零件装入真空气淬炉，抽真空至真空室压强至0.11Pa以下，随炉升温至1095℃，保温2.5h，在加热、保温过程中，温度大于800℃时，真空室内压强大于100Pa，保温结束后充氩气0.2MPa冷却至80℃以下出炉；
步骤4：
按照步骤2的工艺操作，再进行一次固溶+时效处理；
步骤5，检查：
通过金相显微镜观察试件中δ相数量，并同时检测持久性能。
本实施例1采用1095℃/2.5h+955℃/1h+720℃/8h+620℃/8h的工艺参数，热处理后产品金相组织图如图1所示，从图1中可以看出，采用确定的真空热处理工艺后晶界上大量的针状δ相已经回溶，金相组织恢复正常形态。并且持久性试验结果显示，试验时间为62.3小时满足大于20小时的技术要求。
实施例2
一种基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法，该方法采用6次固溶处理+1次时效+真空处理+固溶+时效的热处理工艺，具体工艺参数为1000℃/2h+955℃/1h+720℃/8h+620℃/8h。
上述基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法，具体实施步骤为：
步骤1，前期处理：
对K4169合金零件进行工序检查，清洗表面杂质；
步骤2，固溶、时效处理：
随后对真空处理后的零件进行6次固溶+1次时效处理；
(1)固溶处理：室温下将零件装入真空气淬炉中，抽真空至真空室压强至0.10Pa，随炉升温至955℃，保温1h，保温结束后充氩气0.2MPa冷却至80℃以下出炉；
(2)时效处理：室温下将零件装入真空气淬炉中，抽真空至真空室压强至0.10Pa，随炉升温至720℃，保温8h，然后在炉内以50℃/h冷却至620℃，保温8h，保温结束后充氩气0.2MPa冷却至80℃以下出炉；
步骤3，真空热处理：
然后室温下将清洗除杂后的零件装入真空气淬炉，抽真空至真空室压强至0.13Pa以下，随炉升温至1000℃，保温2h，在加热、保温过程中，温度大于800℃时，真空室内压强大于100Pa，保温结束后充氩气0.3MPa冷却至80℃以下出炉；
步骤4：
按照步骤2的工艺操作，再进行一次固溶+时效处理；
步骤5，检查：
通过金相显微镜观察试件中δ相数量，并同时检测持久性能。
本实施例2采用1000℃/2h+955℃/1h+720℃/8h+620℃/8h的工艺参数，其金相组织图显示真空热处理工艺后晶界上大量的针状δ相已经回溶，金相组织恢复正常形态，并且持久性试验结果显示，试验时间同样大于20小时的技术要求。
实施例3
一种基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法，该方法采用6次固溶处理+1次时效+真空处理+固溶+时效的热处理工艺。具体工艺参数为1100℃/3h+955℃/1h+720℃/8h+620℃/8h。
上述基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法，具体实施步骤为：
步骤1，前期处理：
对K4169合金零件进行工序检查，清洗表面杂质；
步骤2，固溶、时效处理：
随后对真空处理后的零件进行6次固溶+1次时效处理；
(1)固溶热处理：室温下将零件装入真空气淬炉中，抽真空至真空室压强至0.13Pa以下，随炉升温至955℃，保温1h，保温结束后充氩气0.2MPa冷却至80℃以下出炉；
(2)时效处理：室温下将零件装入真空气淬炉中，抽真空至真空室压强至0.13Pa以下，随炉升温至720℃，保温8h，然后在炉内以50℃/h冷却至620℃，保温8h，保温结束后充氩气0.2MPa冷却至80℃以下出炉；
步骤3，真空热处理：
然后室温下将清洗除杂后的零件装入真空气淬炉，抽真空至真空室压强至0.13Pa以下，随炉升温至1100℃，保温3h，在加热、保温过程中，温度大于800℃时，真空室内压强大于100Pa，保温结束后充氩气0.4MPa冷却至80℃以下出炉；
步骤4：
按照步骤2的工艺操作，再进行一次固溶+时效处理；
步骤5，检查：
通过金相显微镜观察试件中δ相数量，并同时检测持久性能。
本实施例2采用1100℃/3h+955℃/1h+720℃/8h+620℃/8h的工艺参数，其金相组织图同样显示真空热处理工艺后晶界上大量的针状δ相已经回溶，金相组织恢复正常形态。并且持久性试验结果显示，试验时间同样远大于20小时的技术要求。
实施例4
一种基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法，该方法采用6次固溶处理+1次时效处理。具体工艺参数为955℃/1.5h+720℃/78h+620℃/7h。
上述基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法，具体实施步骤为：
步骤1，前期处理：
对零件进行工序检查，清洗表面杂质；
步骤2，固溶、时效处理：
随后对零件进行6次固溶+1次时效处理；
(1)固溶处理：零件室温装入真空气淬炉，抽真空至真空室压强至0.13Pa以下，随炉升温至955℃，保温1.5h，保温结束后充氩气0.3MPa冷却至80℃以下出炉；
(2)时效处理：零件室温装入真空气淬炉，抽真空至真空室压强至0.13Pa以下，随炉升温至720℃，保温7h，然后在炉内以50℃/h冷却至620℃，保温7h，保温结束后充氩气0.3MPa冷却至80℃以下出炉；
步骤3，检查：
通过金相显微镜观察试件中δ相数量，并同时检测持久性能。
本实施例4中K4169合金6次固溶+1次时效处理金相组织图片如图2所示。从图2中可以看出，晶界上分布了大量的针状δ相，晶内也有少量的针状δ相分布。
实施例5
一种基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法，该方法采用4次固溶处理+1次时效。具体工艺参数为955℃/1.2h+720℃/9h+620℃/9h。
上述基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法，具体实施步骤为：
步骤1，前期处理：
对零件进行工序检查，清洗表面杂质；
步骤2，固溶、时效处理：
随后对零件进行4次固溶+1次时效处理；
(1)固溶处理：零件室温装入真空气淬炉，抽真空至真空室压强至0.13Pa以下，随炉升温至955℃，保温1.2h，保温结束后充氩气0.4MPa冷却至80℃以下出炉；
(2)时效处理：零件室温装入真空气淬炉，抽真空至真空室压强至0.13Pa以下，随炉升温至720℃，保温9h，然后在炉内以50℃/h冷却至620℃，保温9h，保温结束后充氩气0.4MPa冷却至80℃以下出炉；
步骤3，检查：
通过金相显微镜观察试件中δ相数量，并同时检测持久性能。
本实施例5中持久性试验结果显示为56小时，但同样金相组织图片显示，晶界上分布了大量的针状δ相，晶内也有少量的针状δ相分布。

Claims (1)

1.一种基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，前期处理：
对零件进行工序检查，清洗表面杂质；
步骤2，固溶、时效处理：
共进行6次固溶+1次时效处理；
（1）固溶处理：零件室温装入真空气淬炉，抽真空至真空室压强至0.12Pa，随炉升温至955℃，保温1h，然后以0.2MPa的压力充氩气冷却至80℃以下出炉；
（2）时效处理：零件室温装入真空气淬炉，抽真空至真空室压强至0.10Pa以下，随炉升温至720℃，保温8h，然后以50℃/h随炉冷却至620℃，保温8h，后以0.2MPa的压力充氩气冷却至80℃以下出炉；
步骤3，真空热处理：
零件室温装入真空气淬炉，抽真空至真空室压强至0.11Pa以下，随炉升温至1095℃，保温2.5h，然后以0.2MPa的压力充氩气冷却至80℃以下出炉；
步骤4：
重复进行一次步骤2的一次固溶+时效处理；
步骤5，检查：
观察试件中δ相数量，并同时检测持久性能。
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