CN110964992B - 一种低温环境工作的增材制造高温合金的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种低温环境工作的增材制造高温合金的热处理方法，热处理工艺包括：增材制造高温合金在压强不大于10‑3Pa的真空环境、温度为1080℃～1150℃的条件下保温1h～4h，回充氩气冷却；随后在不大于10‑3Pa的真空环境、温度为730℃±10℃的条件下保温8h±0.5h后以50℃/h的冷速炉冷至温度为630℃±10℃的条件下保温8h±0.5h，回充氩气冷却。经热处理后，材料的强化析出相和奥氏体基体得到了良好的匹配，获得了良好的低温性能，可满足低温环境中工作的要求：‑196℃时，Rm不低于1500N/mm2，Rp0.2不低于1200N/mm2，A不低于10％，Z不低于20％，KU2不低于45J。
Description
技术领域
本发明涉及金属增材制造技术领域，尤其涉及一种低温环境工作的增材制造高温合金的热处理方法。
背景技术
本发明所涉及的镍基高温合金为Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型高温合金，长时使用温度范围-253℃～650℃，具有优异的综合力学性能。为提高在低温(如液氧或液氢)环境中工作部件的可靠性，选用了稳定性较好的该镍基高温合金。
增材制造技术，尤其是激光选区熔化成形技术，目前被广泛应用于传统工艺难以成形或加工流程复杂的具有复杂空间结构的高温合金部件制造。但是，目前的激光选区熔化成形高温合金标准或学术文献所提供的热处理工艺制度多借鉴于已有的锻铸件热处理工艺制度。美国材料试验协会(ASTM)标准ASTM F3055-14a《Standard Specification forAdditive Manufacturing Nickel Alloy(UNS N07718)with Powder Bed Fusion(用于粉末床熔化的增材制造镍基合金(UNS N07718)的标准说明书)》提供的热处理制度完全借鉴了锻铸件的热处理工艺制度，而且仅给出了室温环境下的力学性能指标。对于在低温环境，尤其是液氢或液氧环境中工作的增材制造高温合金所需要的低温力学性能和所对应的热处理工艺并未提供。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种增材制造高温合金的热处理工艺，在压强不大于10-3Pa的真空环境、温度为1080℃～1150℃的条件下保温1h～4h，随后在压强不大于10-3Pa的真空环境、温度为730℃±10℃的条件下保温8h±0.5h后炉冷至温度为630℃±10℃的条件下保温8h±0.5h，消除成形过程快速熔化-凝固所带来的残余内应力，改善成形材料的不均匀组织，使材料的强化析出相和奥氏体基体得到了良好的匹配，获得了良好的低温性能。
本发明提供如下技术方案：
本发明的有益效果是：
(1)本发明实施例提供的增材制造高温合金的热处理工艺，通过在压强不大于10- 3Pa的真空环境、温度为1080℃～1150℃的条件下保温1h～4h，消除了成形过程快速熔化-凝固带来的残余内应力，使成形材料组织和化学成份均匀化，改善了成形后的不均匀组织，获得了可提供良好低温塑韧性的奥氏体基体组织；
(2)同时通过温度为730℃±10℃的条件下保温8h±0.5h后炉冷至温度为630℃±10℃的条件下保温8h±0.5h，在已有的奥氏体基体上析出细小弥散的强化相，提高了材料在低温环境下的强度，获得了良好的力学性能匹配；
(3)热处理后的增材制造高温合金，由于采用回充氩气气体压强不小于2.0×105Pa的措施，有效抑制了缓慢冷却可能带来的有害相的形成和析出，保证了材料优异的低温性能；
(4)热处理后的增材制造高温合金，-196℃时，Rm不低于1500N/mm2，Rp0.2不低于1200N/mm2，A不低于10％，Z不低于20％，KU2不低于45J，适应于在低温环境中可靠工作。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的热处理后的增材制造高温合金微观形貌图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
本发明实施例提供了一种低温环境工作的增材制造高温合金的热处理方法，包括：
增材制造高温合金，在压强不大于10-3Pa的真空环境、温度为1080℃～1150℃的条件下保温1h～4h，回充氩气冷却，随后在压强不大于10-3Pa的真空环境、温度为730℃±10℃的条件下保温8h±0.5h后以50℃/h的冷速炉冷至温度为630℃±10℃的条件下保温8h±0.5h，回充氩气冷却，得到热处理后的增材制造高温合金。
具体地，本发明实施例优选在真空热处理炉中进行热处理；所述的增材制造高温合金由镍基高温合金粉通过激光选区熔化成形方法制得；
本发明实施例提供的增材制造高温合金的热处理工艺，在压强不大于10-3Pa的真空环境、温度为1080℃～1100℃的条件下保温1h～4h，消除了成形过程快速熔化-凝固带来的残余内应力，使成形材料组织和化学成份均匀化，改善了成形后的不均匀组织，获得了可提供良好低温塑韧性的奥氏体基体组织；同时通过温度为730℃±10℃的条件下保温8h±0.5h后以50℃/h的冷速炉冷至温度为630℃±10℃的条件下保温8h±0.5h，在已有的奥氏体基体上析出细小弥散的强化相，提高了材料在低温环境下的强度，获得了良好的力学性能匹配；增材制造高温合金经过上述热处理后，-196℃时，Rm不低于1500N/mm2，Rp0.2不低于1200N/mm2，A不低于10％，Z不低于20％，KU2不低于45J，适应于在低温环境中工作。
在一可选实施例中，所述的增材制造高温合金，采用激光选区熔化工艺成形后，可以获得具有高致密度的成形构件和外延生长的具有细小亚结构的柱状晶，为后续热处理提供了良好的组织基础。
在一可选实施例中，所述回充氩气冷却，包括：回充的氩气气体压强不小于2.02×105Pa，冷却至80℃以下出炉空冷。回充符合要求压力的氩气可以使材料获得足够的冷速，避免缓慢冷却可能带来的危害，譬如析出有害相。
具体地，所述热处理后的增材制造高温合金，-196℃时，Rm不低于1500N/mm2，Rp0.2不低于1200N/mm2，A不低于10％，Z不低于20％，KU2不低于45J。
以下为本发明的具体实施例：
实施例1
以某型号发动机涡轮泵离心轮为例。
(1)工件采用激光选区熔化成形增材制造高温合金制造。
(2)热处理：分离基板后的离心轮在真空热处理炉内进行热处理，炉内压强不大于10-3Pa，炉内环境满足要求后，升温至1100℃保温4h，保温结束后，回充氩气冷却，回充氩气压强3.03×105Pa，冷却至80℃以下出炉空冷；然后再在真空热处理炉内进行热处理，炉内压强不大于10-3Pa，炉内环境满足要求后，升温至730℃的条件下保温8h后以50℃/h的冷速炉冷至温度为630℃的条件下保温8h，保温结束后，回充氩气冷却，回充氩气压强2.02×105Pa，冷却至80℃以下出炉空冷。热处理后，该产品具有如图1所示的组织，合适的组织形态使材料具有良好的低温力学性能匹配。
(3)采用随炉试样测试的力学性能见表1；
表1离心轮力学性能表
实施例2
以某型号发动机涡轮泵氧泵高压壳体为例。
(1)工件采用激光选区熔化成形增材制造高温合金制造。
(2)热处理：分离基板后的离心轮在真空热处理炉内进行热处理，炉内压强不大于10-3Pa，炉内环境满足要求后，升温至1080℃保温4h，保温结束后，回充氩气冷却，回充氩气压强2.02×105Pa，冷却至80℃以下出炉空冷；然后再在真空热处理炉内进行热处理，炉内压强不大于10-3Pa，炉内环境满足要求后，升温至730℃的条件下保温8h后以50℃/h的冷速炉冷至温度为630℃的条件下保温8h，保温结束后，回充氩气冷却，回充氩气压强2bar(2.02×105Pa)，冷却至80℃以下出炉空冷。
(3)采用随炉试样测试的力学性能见表2；
表2氧泵高压壳体力学性能表
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。所述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的人员可以对所述的具体实施例做不同的修改或补充或采用类似的方式代替，但不偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (1)
1.一种低温环境工作的增材制造高温合金的热处理方法，所述高温合金为Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型高温合金，其特征在于，包括：
在压强不大于10-3Pa的真空环境、温度为1080℃～1150℃的条件下保温1h～4h，回充氩气冷却；随后在压强不大于10-3Pa的真空环境、温度为730℃±10℃的条件下保温8h±0.5h后炉冷至温度为630℃±10℃的条件下保温8h±0.5h，回充氩气冷却，得到热处理后的增材制造高温合金；
所述回充氩气冷却时，回充的氩气气体压强不小于2.0×105Pa，冷却至80℃以下出炉；
所述在压强不大于10-3Pa的真空环境、温度为730℃±10℃的条件下保温8h±0.5h后炉冷至温度为630℃±10℃的条件下保温8h±0.5h，回充氩气冷却，炉冷的冷速不大于50℃/h；
所述热处理后的增材制造高温合金，-196℃时，Rm不低于1500N/mm2，Rp0.2不低于1200N/mm2，A不低于10％，Z不低于20％，KU2不低于45J。
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