CN111270178A - 一种gh4169合金的高效节能热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GH4169合金的高效节能热处理工艺，包括以下步骤：S1：固溶处理：将锻造得到的GH4169合金部件进行固溶处理；S2：短时效处理，固溶处理后的GH4169合金部件在（730~780）±10℃下保温4~6h，炉冷至（630~660）±10℃并保温40~90min，冷却。本发明的优点是通过本发明热处理工艺得到的GH4169合金的短时力学性能不低于传统热处理工艺得到的合金部件的短时力学性能的同时，且由于采用了短时效处理，短时效处理时间远低于传统热处理工艺中时效处理时间，节约了能源，降低了生产成本，大大提高了经济效益。

Description

一种GH4169合金的高效节能热处理工艺

技术领域

本发明涉及高温合金热处理技术领域，更具体地说，它涉及一种GH4169合金的高效节能热处理工艺。

背景技术

GH4169是一种沉淀强化镍基高温合金，其以面心立方奥氏体为基体，以γ″(Ni₃Nb) 为主要强化相并辅以γ′(Ni₃(Al, Ti, Nb)) 强化，在－253～650℃之间具有较高的强度（抗拉强度、屈服强度、持久强度）和较好的塑性，同时具有良好的抗腐蚀、抗辐射、热加工及焊接性能，此外该合金中又不含稀缺的Co资源，因而其应用前景广阔，尤其在航空航天领域得到广泛应用。

GH4169合金优异的力学性能与其晶粒、析出相（γ″相、γ′相和δ相）的组织特征紧密相关，其中，晶粒组织特征主要通过晶粒度、组织均匀与否等方面进行衡量；析出相的组织特征主要通过其形貌、数量、尺寸、分布等方面进行衡量。研究表明：细晶组织可以获得具有高的短时性能（室温拉伸、高温拉伸）的部件；组织特征良好的析出相（γ″相、γ′相和δ相），可以使得合金部件获得良好的综合力学性能。

GH4169合金的热处理工艺直接影响合金部件的晶粒组织和析出相（γ″相、γ′相和δ相），是制备GH4169合金部件的重要工艺。目前，GH4169合金部件热处理工艺多采用固溶+时效的方式，具体地，传统的GH4169合金部件热处理工艺中的固溶阶段采用了在940℃-1060℃的范围内保温1h，后空冷或者以更快冷却速率冷至室温的方式；时效阶段采用了在720±10℃保温8h，后炉冷至620±10℃，保温8h，然后冷却的方式。

但是传统的GH4169合金部件热处理工艺耗时长，制约了GH4169合金部件制备效率的提高。为提高热处理效率，本发明公开了一种短时性能不降低、处理效率更高的新型热处理工艺。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种GH4169合金的高效节能热处理工艺，其具有保证得到GH4169合金部件短时力学性能的同时热处理效率更高，节约能源的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种GH4169合金的高效节能热处理工艺，包括以下步骤：

S1：固溶处理：将锻造得到的GH4169合金部件进行固溶处理；

S2：短时效处理，固溶处理后的GH4169合金部件在730 ~780℃下保温4~6h，炉冷至630~660℃并保温40~90min，冷却。

通过采用上述技术方案，本发明通过采用上述固溶处理和短时效处理获得的GH4169合金部件具有良好的晶粒组织和强化相组织，得到的GH4169合金部件的强化相（γ″相、γ′相）和δ相数量、形貌、分布与传统热处理工艺得到的合金部件的强化相相仿。通过本发明热处理工艺得到的GH4169合金部件的力学性能水平与传统热处理工艺得到的部件力学性能水平相当，本发明采用了短时效处理，短时效处理时间远低于传统热处理工艺中时效处理时间，节约了能源，降低了生产成本，大大提高了经济效益。

本发明进一步设置为：步骤S1中固溶处理参数为：将锻造得到的GH4169合金部件在940~1060℃下保温1h，冷却至室温。

本发明进一步设置为：步骤S2中，冷却至427℃。

本发明进一步设置为：步骤S1和S2中的冷却方式为空冷、风冷、油冷、水冷或者更快速度冷却。

本发明进一步设置为：该热处理工艺包括以下步骤：

S1：固溶处理：将锻造得到的GH4169合金部件在940~1060℃下保温1h，冷却至室温；

S2：短时效处理，固溶处理后的GH4169合金在760℃下保温5h，炉冷至649℃并保温60min，空冷至427℃。

本发明进一步设置为：步骤S2中，炉冷速率为50℃/h。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.本发明热处理工艺得到的GH4169合金部件的力学性能水平与传统热处理工艺得到的部件力学性能相当，本发明采用了短时效处理，短时效处理时间远低于传统热处理工艺中时效处理时间，节约了能源，降低了生产成本，大大提高了经济效益。

2.本发明通过固溶处理和短时效处理，获得的GH4169合金部件具有良好的强化相组织，得到的GH4169合金部件的强化相（γ″相、γ′相）和δ相数量、形貌、分布与传统热处理工艺得到的合金部件的强组织相当。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

现有技术中，GH4169合金（国外牌号Inconel 718）热处理工艺制度一般有以下三种方式，一种是在(1010~1065)℃±10℃下保温1h，油冷、空冷或水冷至室温，然后在720℃±5℃下保温8h，以50℃/h炉冷至620℃±5℃，保温8h，空冷；第二种方式是在(950~980)℃±10℃下保温1h，油冷、空冷或水冷至室温，然后在720℃±5℃下保温8h，以50℃/h炉冷至620℃±5℃，保温8h，空冷；第三种方式是在720℃±5℃下保温8h，以50℃/h炉冷至620℃±5℃，保温8h，空冷。可以看出，现有传统热处理工艺中，在720℃±5℃下保温进行时效处理时，保温时间均为8h，且炉冷至620℃±5℃后保温时间也为8h，时效处理时间较长。

本发明人经过大量的试验摸索，得到一种新的热处理工艺，包括以下步骤：S1：固溶处理：将锻造得到的GH4169合金部件在940~1060℃下保温1h，冷却至室温；

S2：短时效处理，固溶处理后的GH4169合金部件在730 ~780℃下保温4~6h，炉冷至630~660℃并保温40~90min，冷却至427℃。通过该热处理工艺对GH4169合金进行处理，得到的合金材料性能与传统热处理工艺得到的合金材料性能相当，同时还大大缩短了时效处理保温时间，节约了能源，降低了生产成本，大大提高了经济效益。此处的GH4169合金部件为铸造、变形、3D打印等得到的合金部件，本发明中不再详述，上述方法中合金部件规格可以是合金盘件、环件、棒材、板材、管材等镍基高温合金常用形状和尺寸的部件。本实施例中以GH4169合金盘件锻件为例进行介绍阐述。

实施例1

一种GH4169合金的高效节能热处理工艺，包括以下步骤:

S1：固溶处理：将GH4169合金盘件在1000±10℃下保温1h，空冷至室温；

S2：短时效处理，固溶处理后的GH4169合金盘件在760±10℃下保温5h，以50℃/h的冷却速率炉冷至649±10℃并保温1h，空冷至427℃。

上述热处理工艺在箱式控温热处理炉内实现，±10℃为该热处理炉的控温精度，本实施例中GH4169合金锻件的规格为Φ100mm，成分如下表1所示。

表1实施例中GH4169合金锻件成分

成分	C	Cr	Ni	Mo	Al	Ti	Nb	Fe	Ni
										含量wt%	0.03	18.9	51.0	3.01	1.01	0.47	5.40	18.1	余量

实施例2

一种GH4169合金的高效节能热处理工艺，按照实施例1中方法进行，不同之处在于：

S2：短时效处理，固溶处理后的GH4169合金盘件在730±10℃下保温5h，炉冷至649±10℃并保温1h，空冷至427℃。

实施例3

一种GH4169合金的高效节能热处理工艺，按照实施例1中方法进行，不同之处在于：

S2：短时效处理，固溶处理后的GH4169合金盘件在780±10℃下保温5h，炉冷至649±10℃并保温1h，空冷至427℃。

实施例4

一种GH4169合金的高效节能热处理工艺，按照实施例1中方法进行，不同之处在于：

S1：固溶处理：将锻造得到的GH4169合金在940℃下保温1h，空冷至室温；

S2：短时效处理，固溶处理后的GH4169合金在730℃下保温6h，炉冷至630℃并保温90min，空冷至427℃。

实施例5

一种GH4169合金的高效节能热处理工艺，按照实施例1中方法进行，不同之处在于：

S1：固溶处理：将锻造得到的GH4169合金在1060℃下保温1h，空冷至室温；

S2：短时效处理，固溶处理后的GH4169合金部件在780℃下保温4h，炉冷至660℃并保温40min，空冷至427℃。

对比例

对比例1

一种GH4169合金的高效节能热处理工艺，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，

S1：固溶处理：将与实施例1中相同成分和规格的GH4169合金盘件在1000±10℃下保温1h，空冷至室温；

S2：时效处理，固溶处理后的GH4169合金盘件在720±10℃下保温8h，炉冷至620±10℃，保温8h，空冷至427℃。

对比例2

一种GH4169合金的高效节能热处理工艺，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，

S1：固溶处理：将与实施例1中相同成分和规格的GH4169合金盘件在1000±10℃下保温1h，空冷至室温；

S2：时效处理，固溶处理后的GH4169合金盘件在720±10℃下保温8h，炉冷至620±10℃，保温1h，空冷至427℃。

对比例3

一种GH4169合金的高效节能热处理工艺，按照实施例1中方法进行，不同之处在于：

S2：短时效处理，固溶处理后的GH4169合金盘件在760±10℃下保温3h，炉冷至649±10℃并保温1h，空冷至427℃。

性能检测

对实施例1-5和对比例1-3中经过热处理后的GH4169合金锻件按照GB/T4338-2006《金属材料高温拉伸试验方法》在高温（650℃）下进行拉伸试验检测，检测结果如下表2所示。

表2 GH4169合金高温拉伸试验结果

样品	检测温度	抗拉强度/MPa	屈服强度R<sub>p0.2</sub>/MPa	延伸率/%	断面收缩率%
						实施例1	650℃	1230	1060	28	63
实施例2	650℃	1215	1040	29	67
						实施例3	650℃	1205	1035	27	69
实施例4	650℃	1120	965	28	60
						实施例5	650℃	1060	900	22	56
对比例1	650℃	1210	1050	27.5	61
						对比例2	650℃	1050	895	31	69
对比例3	650℃	1165	1005	25	59

表2中对比例1为采用传统方法进行热处理工艺后得到的GH4169合金部件的拉伸性能，实施例1为采用本发明提供的热处理工艺后得到合金部件的拉伸性能数据，可以看出采用本发明提供的热处理工艺处理后的合金锻件与传统热处理工艺处理后合金锻件的拉伸性能相当。

参考实施例1和对比例1中检测结果，可以看出固溶处理后的GH4169合金在短时效处理阶段时效时间减小时，强度会随之降低，再参考实施例1和对比例2的检测结果，可以看出固溶处理后GH4169合金在短时效处理第一阶段（即在720±10℃下保温8h）选用传统手段，第二阶段（即620±10℃下保温1h）时效处理时间减小，强度降低；再结合实施例1和对比例3的检测结果，相较于实施例1，对比例3中时效处理第一阶段处理时间减小，其强度降低。在本发明提供的短时效条件 (固溶处理后的GH4169合金部件在（730 ~780）±10℃下保温4~6h，炉冷至（630 ~660）±10℃并保温40~90min)下得到的GH4169合金部件的拉伸性能不低于传统热处理制度（对比例1）得到的GH4169合金锻件。

通过对比，实施例1中制得的GH4169合金部件的晶粒度达10级，本发明实施例1中得到GH4169合金锻件的晶粒组织、析出相的数量、分布和形貌与对比例1中所得部件的晶粒组织、析出相组织相仿，可以看出，采用本发明提供的热处理工艺对GH4169合金进行处理，得到的合金材料性能与传统热处理工艺得到的合金材料性能相当，同时还大大缩短了时效处理保温时间，节约了能源，降低了生产成本，大大提高了经济效益。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种GH4169合金的高效节能热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1：固溶处理：将锻造得到的GH4169合金部件进行固溶处理；

S2：短时效处理，固溶处理后的GH4169合金部件在730 ~780℃下保温4~6h，炉冷至630~660℃并保温40~90min，冷却。

2.根据权利要求1所述的一种GH4169合金的高效节能热处理工艺，其特征在于，步骤S1中固溶处理参数为：将锻造得到的GH4169合金部件在940℃~1060℃下保温1h，冷却至室温。

3.根据权利要求1所述的一种GH4169合金的高效节能热处理工艺，其特征在于，步骤S2中，冷却至427℃。

4.根据权利要求1所述的一种GH4169合金的高效节能热处理工艺，其特征在于，步骤S1和S2中的冷却方式选用空冷、风冷、油冷或水冷中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种GH4169合金的高效节能热处理工艺，其特征在于，该热处理工艺包括以下步骤：

S1：固溶处理：将锻造得到的GH4169合金部件在940℃~1060℃下保温1h，空冷、风冷、油冷、水冷或者更快速度冷却至室温；

S2：短时效处理，固溶处理后的GH4169合金在760℃下保温5h，炉冷至649℃并保温60min，空冷至427℃。

6.根据权利要求1所述的一种GH4169合金的高效节能热处理工艺，其特征在于，步骤S2中，炉冷速率为50℃/h。