CN111304569B - 一种消除高温合金元素贫化的热等静压方法 - Google Patents

一种消除高温合金元素贫化的热等静压方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种消除高温合金元素贫化的热等静压方法，该方法是在热等静压有效加热区内放置耐热钢桶，然后在桶内放入洁净的高温合金碎屑，将待致密化处理的高温合金铸件掩埋在高温合金碎屑中，再通过多次重复抽真空和回填高纯氩气的方法，提高炉内的氩气纯度，使炉内氩气纯度大于99.995％后再进行热等静压处理。该方法通过净化炉内氩气，实现高温合金铸件在纯净气氛下进行热等静压处理，可避免高温合金铸件表面氧化，消除高温合金元素贫化。该方法实现简单，成本低，所处理的高温合金铸件基本无合金贫化且力学性能良好，适用于航空航天领域高温合金铸件的热等静压处理。

Description

一种消除高温合金元素贫化的热等静压方法
技术领域
本发明提供了一种消除高温合金元素贫化的热等静压方法，属于高温合金领域。
背景技术
高温合金是以铁、镍、钴为基体，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。高温合金具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性、塑性等综合性能，且在较高温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性，因此被广泛应用于航空、航天、石油、化工、舰船等领域，用于制造航空发动机、各种工业燃气轮机的关键热端部件。
高温合金在高温热处理过程中，容易产生表面合金元素贫化的现象。合金元素贫化主要指的是基体固溶体的合金元素消失或部分消失，会对材料组织和性能产生不利影响。一方面元素贫化会导致高温合金晶界附近发生强化相的贫化，显著增加晶界腐蚀开裂和晶界应力腐蚀开裂的敏感性。另一方面晶界强化相贫化区的出现，容易导致蠕变抗力降低，或者松弛晶界滑移时所造成的应力集中，从而影响晶界的强化效果。
热等静压是一种集高温、高压于一体的工艺生产技术，加热温度通常为900～2000℃，通过以密闭容器中的高压惰性气体为传压介质，工作压力可达200MPa。在高温高压的共同作用下，被加工件的各向均衡受压。故加工产品的致密度高、均匀性好、性能优异。同时该技术具有生产周期短、工序少、能耗低、材料损耗小等特点。
高温合金铸件主要应用于航空航天领域，目前航空航天用高温合金铸件普遍采用热等静压处理，可大幅度提高整体结构性能，消除铸件内部缺陷、改善构件组织，提高疲劳性能和可靠性。但是热等静压过程中，铸件表面容易发生合金元素贫化，导致铸件报废，严重影响和制约高温合金铸件的质量和交付。
发明内容
本发明的目的正是针对现有高温合金铸件热等静压过程合金元素贫化而设计了一种消除高温合金元素贫化的热等静压方法，其目的是通过高温合金碎屑掩埋待致密化处理的高温合金铸件结合重复多次置换炉内氩气的方法，提高炉内氩气纯度，然后进行热等静压处理，最终获得无合金贫化且力学性能良好的高温合金铸件
本发明的目的是通过以下技术措施来实现的：
该种消除高温合金元素贫化的热等静压方法是在热等静压有效加热区内放置耐热钢桶，然后在桶内放入洁净的高温合金碎屑，将待致密化处理的高温合金铸件掩埋在高温合金碎屑中，再通过多次重复抽真空和回填高纯氩气的方法，提高炉内的氩气纯度，使炉内氩气纯度大于99.995％后再进行热等静压处理。
在一种实施中，所述高温合金铸件的材料为镍基高温合金。
在一种实施中，所述高温合金碎屑与待致密化处理的高温合金铸件的材料相同。
在一种实施中，所述高温合金碎屑的轮廓内最大尺寸小于10mm。
在一种实施中，高温合金碎屑掩埋高温合金铸件的厚度大于10mm。
在一种实施中，所述热等静压处理的加热温度为1100～1200℃、压力为140～180MPa，保温保压时间为3～5h。
在一种实施中，通过多次重复抽真空和回填高纯氩气后，炉内气体的氧含量小于0.0005％，水含量小于0.0005％。
在一种实施中，热等静压处理后，自然冷却，当炉内温度小于200℃，出炉取出高温合金铸件。
本发明的特点及有益效果是：
本发明技术方案首先采用高纯氩气多次置换的方法将炉内氩气纯度提高至99.995％以上，然后在热等静压处理过程中，利用片状高温合金碎屑比表面积较大的原理，高温下使炉内微量的氧和水与片状高温合金碎屑发生反应，实现炉内氩气纯度的进一步提高，避免了高温合金铸件与炉内微量的氧和水接触甚至发生化学反应，降低了高温合金铸件的氧化几率，实现高温合金铸件在低氧低水气氛下进行热等静压处理，消除高温合金元素贫化，最终获得无合金贫化且力学性能良好的高温合金铸件，适用于航空航天领域高温合金铸件的热等静压处理。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
实施例1
本实施例以GH4169高温合金进行热等静压致密化处理为例，采用本发明方法的处理过程如下：
在热等静压炉内的有效加热区内放置耐热钢桶，然后在桶内放入洁净的GH4169高温合金碎屑，该高温合金碎屑呈片状，轮廓内最大尺寸约5mm，将待致密化处理的GH4169高温合金铸件掩埋在高温合金片状碎屑中，掩埋深度为15mm，再通过4次重复抽真空和回填高纯氩气的方法，经测试炉内氩气纯度大于99.999％，其中氧含量为0.0003％，水含量小于0.0002％。热等静压处理的加热温度为1170℃、压力为140MPa，保温保压时间为4h。热等静压处理后，自然冷却，当炉内温度小于200℃，出炉取出高温合金铸件，获得无合金元素贫化的铸件。
实施例2
本实施例以K447A高温合金进行热等静压致密化处理为例，采用本发明方法的处理过程如下：
在热等静压炉内的有效加热区内放置耐热钢桶，然后在桶内放入洁净的K447A高温合金碎屑，该高温合金碎屑呈片状，轮廓内最大尺寸约8mm，将待致密化处理的K447A高温合金铸件掩埋在高温合金片状碎屑中，掩埋深度为10mm，再通过4次重复抽真空和回填高纯氩气的方法，经测试炉内氩气纯度大于99.996％，其中氧含量为0.0004％，水含量为0.0003％。热等静压处理的加热温度为1180℃、压力为150MPa，保温保压时间为4h。热等静压处理后，自然冷却，当炉内温度小于200℃，出炉取出高温合金铸件，获得无合金元素贫化的铸件。
通过使用消除高温合金元素贫化的热等静压方法，实施热等静压试验，所制备的镍基高温合金铸件基本无合金贫化和晶间腐蚀，合金贫化层厚度小于0.010mm。

Claims (3)

1.一种消除高温合金元素贫化的热等静压方法，其特征在于：该方法是在热等静压有效加热区内放置耐热钢桶，然后在桶内放入洁净的高温合金碎屑，所述高温合金碎屑与待致密化处理的高温合金铸件的材料相同，高温合金碎屑的轮廓内最大尺寸小于10mm，将待致密化处理的高温合金铸件掩埋在高温合金碎屑中，高温合金碎屑掩埋高温合金铸件的厚度大于10mm，再通过多次重复抽真空和回填高纯氩气的方法，提高炉内的氩气纯度，使炉内氩气纯度大于99.995％后再进行热等静压处理，所述热等静压处理的加热温度为1100～1200℃、压力为140～180MPa，保温保压时间为3～5h，热等静压处理后，自然冷却，当炉内温度小于200℃，出炉取出高温合金铸件。
2.根据权利要求1所述的消除高温合金元素贫化的热等静压方法，其特征在于：所述高温合金铸件的材料为镍基高温合金。
3.根据权利要求1所述的消除高温合金元素贫化的热等静压方法，其特征在于：通过多次重复抽真空和回填高纯氩气后，炉内气体的氧含量小于0.0005％，水含量小于0.0005％。
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