CN111001812B - 一种高温燃气环境工作的增材制造高温合金的热处理方法 - Google Patents

一种高温燃气环境工作的增材制造高温合金的热处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111001812B
CN111001812B CN201911193585.2A CN201911193585A CN111001812B CN 111001812 B CN111001812 B CN 111001812B CN 201911193585 A CN201911193585 A CN 201911193585A CN 111001812 B CN111001812 B CN 111001812B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
heat treatment
additive manufacturing
temperature alloy
gas environment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911193585.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111001812A (zh
Inventor
李护林
杨欢庆
雷钥
王琳
王云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Aerospace Engine Co Ltd
Original Assignee
Xian Aerospace Engine Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Aerospace Engine Co Ltd filed Critical Xian Aerospace Engine Co Ltd
Priority to CN201911193585.2A priority Critical patent/CN111001812B/zh
Publication of CN111001812A publication Critical patent/CN111001812A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111001812B publication Critical patent/CN111001812B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/248—Thermal after-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

本发明公开一种高温燃气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1100℃～1150℃的条件下保温1h～4h，回充氩气冷却。热处理后，材料成形后的高应力状态和不均匀组织得到改善，获得了良好的高温性能，可满足高温燃气环境短时工作要求。800℃时，Rm不低于600N/mm2，Rp0.2不低于550N/mm2，A不低于2.5％。

Description

一种高温燃气环境工作的增材制造高温合金的热处理方法
技术领域
本发明涉及金属增材制造技术领域，尤其涉及一种高温燃气环境工作的增材制造高温合金热处理方法。
背景技术
本发明所涉及的高温合金为Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型高温合金，长时使用温度范围-253℃～650℃，短时使用温度可达800℃，具有优异的综合力学性能。目前主要用于航空航天发动机中在650℃以下服役的高温端部件，如涡轮盘、高温紧固件和高温燃气通道等。
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。对于在高温环境，尤其是高温燃气环境中工作的增材制造高温合金所需要的高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方法，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，使材料获得在800℃高温燃气环境工作的优异力学性能。
本发明提供如下技术方案：一种高温燃气环境工作的增材制造高温合金的热处理方法，包括如下步骤：
在压强不大于10-3Pa的真空环境、温度为1100℃～1150℃的条件下，对增材制造高温合金保温1h～4h，回充氩气冷却后得到热处理后的增材制造高温合金。
在压强不大于10-3Pa的真空环境、温度为1100℃～1150℃的条件下保温1h～4h，具体条件包括：
在压强不大于10-3Pa的真空环境的条件下，以5℃/min～10℃/min的升温速率从室温升温至500℃～600℃保温1h～2h后，再以10℃/min～20℃/min的升温速率升至1100℃～1150℃。
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。
所述热处理后的增材制造高温合金，800℃时，Rm不低于600N/mm2，Rp0.2不低于550N/mm2，A不低于2.5％。
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方法，通过在压强不大于10- 3Pa的真空环境、温度为1100℃～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；
(2)同时通过500℃～600℃保温1h～2h，以及采用合理的升温速率，使成形材料应力得以缓慢释放，有效抑制了有害相的析出，为后续的1100℃～1150℃的条件下保温奠定了良好的组织基础；
(3)热处理后的增材制造高温合金，800℃时，Rm不低于600N/mm2，Rp0.2不低于550N/mm2，A不低于2.5％，适应于在高温燃气环境中工作。
(4)热处理后的增材制造高温合金，由于获得了以奥氏体为主的基体组织，同时采用500℃～600℃的保温台阶有效抑制了第二相的形成和析出，使材料获得了良好的焊接性能，焊缝强度可达到基体强度的90％，焊接热影响区的组织与基体组织无明显变化。
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；
图2从左到右依次为本发明实施例1提供的热处理后的增材制造高温合金焊接后焊缝剖面形貌图、焊缝区组织形貌图和焊接热影响区微观形貌图。
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增材制造高温合金的热处理工艺，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1100℃～1150℃的条件下保温1h～4h，回充氩气冷却后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方法，在压强不大于10-3Pa的真空环境、温度为1100℃～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；同时通过1100℃～1150℃的条件下保温1h～4h，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；增材制造高温合金经过上述热处理后，800℃时，Rm不低于600N/mm2，Rp0.2不低于550N/mm2，A不低于2.5％。
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，所述在压强不大于10-3Pa的真空环境、温度为1100℃～1150℃的条件下保温1h～4h，，包括：在压强不大于10-3Pa的真空环境的条件下，以5℃/min～10℃/min的升温速率从室温升温至500℃保温1h～2h后，再以10℃/min～20℃/min的升温速率升至1100℃～1150℃。该升温过程可以进一步确保产品均匀受热以便更好地释放内应力，从而减少热处理过程中可能产生的变形；在500℃～600℃保温并以较快速度升温至1100℃～1150℃，既使材料组织更均匀，又有效抑制了第二相析出，使得热处理后可以获得在高温燃气环境中工作的力学性能。
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，譬如析出强化相。
具体地，所述热处理后的增材制造高温合金，800℃时，Rm不低于600N/mm2，Rp0.2不低于550N/mm2，A不低于2.5％。
具体地，所述热处理后的增材制造高温合金，焊接后焊缝强度可达到基体强度的90％，焊接热影响区的组织与基体组织无明显变化。
以下为本发明的具体实施例：
实施例1
以激光选区熔化成形某型号发动机燃气管为例。
(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：分离基板后的燃气管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，以8℃/min的升温速率从室温升温至500℃保温2h后，再以20℃/min的升温速率升至1150℃保温2h。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。热处理后，该产品具有如图1所示的组织。
(3)采用随炉试样测试的力学性能见表1；
表1燃气管力学性能表：
Figure BDA0002294178260000051
(4)热处理后的增材制造高温合金，焊接后的热影响区具有如图2所示的组织，与基体组织无明显变化，焊缝强度达到基体强度的90％。
实施例2
以激光选区熔化成形某型号发动机涡轮泵起动涡轮集合器为例。
(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：分离基板后的起动涡轮集合器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，以5℃/min的升温速率从室温升温至600℃保温2h后，再以15℃/min的升温速率升至1120℃保温4h。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起动涡轮集合器力学性能表
Figure BDA0002294178260000052
(4)热处理后的增材制造高温合金，焊接后焊缝强度可达到基体强度的90％，焊接热影响区的组织与基体组织无明显变化。
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)

1.一种高温燃气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，其特征在于包括如下步骤：
在压强不大于10-3Pa的真空环境的条件下，以5℃/min～10℃/min的升温速率从室温升温至500℃～600℃保温1h～2h后，再以10℃/min～20℃/min的升温速率升至1100℃～1150℃；对增材制造高温合金保温1h～4h，回充氩气冷却后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；
所述热处理后的增材制造高温合金，800℃时，Rm不低于600N/mm²，Rp0.2不低于550N/mm²，A不低于2.5%。
CN201911193585.2A 2019-11-28 2019-11-28 一种高温燃气环境工作的增材制造高温合金的热处理方法 Active CN111001812B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911193585.2A CN111001812B (zh) 2019-11-28 2019-11-28 一种高温燃气环境工作的增材制造高温合金的热处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911193585.2A CN111001812B (zh) 2019-11-28 2019-11-28 一种高温燃气环境工作的增材制造高温合金的热处理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111001812A CN111001812A (zh) 2020-04-14
CN111001812B true CN111001812B (zh) 2022-05-24

Family

ID=70112325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911193585.2A Active CN111001812B (zh) 2019-11-28 2019-11-28 一种高温燃气环境工作的增材制造高温合金的热处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111001812B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109632664B (zh) * 2018-12-14 2022-01-18 中国航空工业集团公司北京长城航空测控技术研究所 一种用于安装高温及振动条件下光学探头的装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102399961B (zh) * 2010-09-15 2013-06-26 中国科学院金属研究所 一种改善gh4145合金管材的热处理工艺
JP6826821B2 (ja) * 2016-05-12 2021-02-10 三菱重工業株式会社 金属部材の製造方法
CN106180719B (zh) * 2016-09-27 2019-01-18 飞而康快速制造科技有限责任公司 激光选区熔化增材制造的in718构件、系统、热处理方法及装置
US10906100B2 (en) * 2017-08-01 2021-02-02 Power Systems Mfg., Llc Heat treatment process for additive manufactured components
CN107790720B (zh) * 2017-11-21 2020-10-16 湖南顶立科技有限公司 一种高温合金增材制造方法
CN108188392A (zh) * 2017-12-27 2018-06-22 西安航天发动机有限公司 一种k4202高温合金激光选区熔化成形方法
CN109365809B (zh) * 2018-11-21 2021-03-26 西安航天发动机有限公司 一种激光熔化沉积成形06Cr14Ni7Mo马氏体不锈钢的热处理方法
CN109967742A (zh) * 2019-04-30 2019-07-05 西北工业大学 一种镍基高温合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111001812A (zh) 2020-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kuo et al. The effect of interdendritic δ phase on the mechanical properties of Alloy 718 built up by additive manufacturing
CN103551573B (zh) 可避免原始颗粒边界相析出的高温合金粉末热等静压工艺
KR101007582B1 (ko) 파형 입계를 위한 니켈기 합금의 열처리 방법 및 그에 의한합금
CN107427897B (zh) Ni基超耐热合金的制造方法
KR20150129616A (ko) 감마 프라임 강화 초합금으로 구성된 추가 제작된 부품들의 사후 형성 열처리에 대한 방법
CN103088275A (zh) 高温合金组件或配件的生产方法
JP2014040663A (ja) ３次元の製品の製造方法
CN102839336B (zh) 耐热合金部件及其制造方法、耐热合金部件的修补方法
CN109365809B (zh) 一种激光熔化沉积成形06Cr14Ni7Mo马氏体不锈钢的热处理方法
CN112239838B (zh) 一种激光选区熔化成形gh4169的热处理工艺方法
CN114160796A (zh) 一种制备涡轮盘的热处理工艺方法和涡轮盘
CN111001812B (zh) 一种高温燃气环境工作的增材制造高温合金的热处理方法
EP2530181A1 (en) Components and processes of producing components with regions having different grain structures
CN111235502B (zh) 一种大规格镍基高温合金锻件的生产方法
JP2018059184A5 (zh)
JP2023520951A (ja) 低積層欠陥エネルギー超合金、構造部材及びその使用
CN103469135B (zh) 一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法
Wang et al. A novel annealing method to uniformly refine deformed mixed grain microstructure of a solution-treated Ni-based superalloy
CN113528992B (zh) 优化增材制造gh3536镍基高温合金力学性能的热处理方法
CN112376003B (zh) 一种提高gh141材料屈服强度的工艺
KR101330641B1 (ko) 균일조직을 가지는 니켈기지 초내열합금 형상링의 제조방법
KR20150017090A (ko) 내열합금의 열기계적 가공방법 및 그에 의한 합금
Luo et al. Effect of microstructural evolution and mechanical properties of Haynes 230 superalloy during long-term aging at 700° C
US20180209026A1 (en) Turbine Rotor Blade Manufacturing Method
CN110964992B (zh) 一种低温环境工作的增材制造高温合金的热处理方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant