CN113122750A - 一种镍基高温合金的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

提供一种镍基高温合金的热处理工艺，属于热处理技术领域，本发明在合金固溶热处理过程中，增加保温台阶及延长其保温时间，促使大尺寸γ’相发生回溶，而后减少标准固溶温度下的保温时间，确保强化相γ’完全回溶的同时，避免合金晶粒发生明显长大，随后进行时效处理；使经过热处理的镍基高温合金具有室温瞬时强度、高温瞬时强度、高温持久性能和蠕变性能的较优匹配。本发明既保证了材料的固溶效果，避免了材料晶粒尺寸的过分长大，确保合金晶粒度稳定控制在3级以内，同时提升材料的拉伸和持久性能，材料性能稳定，满足材料标准要求，提升合金棒材和锻件的合格率，有效降低材料生产成本。

Description

一种镍基高温合金的热处理工艺
技术领域
本发明属于热处理技术领域，具体涉及一种镍基高温合金的热处理工艺。
背景技术
我国先进航空发动机、汽轮机等重大装备大量选用GH4080A，主要涉及的零部件包括叶片、紧固件、气门、轴等，该合金的质量一定程度上决定了上述重大装备的安全性。GH4080A合金组织和性能对热处理工艺非常敏感，工艺控制不当极易导致混晶/粗晶等组织不均匀问题，拉伸性能和持久寿命无法满足使用要求。当前该合金的主要热处理制度为(1050～1080)℃×8h/AC+845℃±10℃×24h/AC+700℃±10℃×16h/AC。由于GH4080A合金中碳化物和一次γ’相尺寸较小，无法有效阻碍晶界的迁移，导致在该固溶温度下保温8h合金晶粒会发生较显著的长大，从而出现粗晶或混晶无法满足材料标准要求。如果缩短固溶时间，合金的固溶效果不足，后续时效过程中无法充分析出足量的细小弥散γ’相，进而导致材料的拉伸和持久性能不达标。针对该问题，国内通常控制GH4080A合金锻态晶粒度，要求的范围较窄，且实际工程中经常出现组织粗大的问题，影响材料的良好应用。因此有必要提出改进。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种镍基高温合金的热处理工艺，本发明通过控制固溶加热保温台阶，缩短标准固溶温度下的保温时间，既可以保证材料的固溶效果，避免了材料晶粒尺寸的过分长大，确保合金晶粒度稳定控制在3级以内，同时提升材料的拉伸和持久性能，材料性能稳定，满足材料标准要求，提升合金棒材和锻件的合格率，有效降低材料生产成本。
本发明采用的技术方案：一种镍基高温合金的热处理工艺，包括以下步骤：
步骤1)：固溶升温第一阶段：将镍基高温合金加热至400℃～600℃，升温速率不大于100℃/h，保温4h～6h；
步骤2)：固溶升温第二阶段：待第一阶段保温结束后，继续将镍基高温合金升温至950℃～1000℃，升温速率不大于50℃/h，保温5h～10h；
步骤3)：固溶阶段：待第二阶段保温结束后，继续将镍基高温合金升温至1050℃～1080℃，升温速率不大于50℃/h，保温4h～6h，出炉空冷至室温；
步骤4)：一级时效阶段：固溶阶段结束后，将镍基高温合金加热至850℃±10℃，升温速率不大于50℃/h，保温24h，出炉空冷至室温；
步骤5)：二级时效阶段：将一级时效阶段处理后的镍基高温合金加热至700℃±10℃，升温速率不大于50℃/h，保温16h，出炉空冷至室温。
上述技术方案中，所述的保温时间为镍基合金热透后的加热时间。
上述技术方案中，所述的镍基高温合金牌号为GH4080A。
上述技术方案中，所述的GH4080A合金的化学组分包括：C 0.04～0.10％，Cr18.00～21.00％，Al 1.00～1.80％，Ti 1.80～2.70％，Co≤2.00％，Fe≤1.50％，B≤0.008％，Si≤0.80％，Mn≤0.40％，，杂质S≤0.015％，P≤0.020％，Cu≤0.200，Pb≤0.0020％，Ag≤0.0005％，Bi≤0.0001％，余量为Ni。
本发明与现有技术相比的优点：
1、本方案主要特点在于在合金固溶热处理过程中，增加保温台阶及延长其保温时间，促使大尺寸γ’相发生回溶，而后减少标准固溶温度下的保温时间，确保强化相γ’完全回溶的同时，避免合金晶粒发生明显长大，随后进行时效处理；使经过热处理的镍基高温合金具有室温瞬时强度、高温瞬时强度、高温持久性能和蠕变性能的较优匹配；
2、本方案通过控制固溶加热保温台阶，缩短标准固溶温度下的保温时间，既可以保证材料的固溶效果，避免了材料晶粒尺寸的过分长大，确保合金晶粒度稳定控制在3级以内，同时提升材料的拉伸和持久性能，材料性能稳定，满足材料标准要求，提升合金棒材和锻件的合格率，有效降低材料生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例中GH4080A合金中的γ’强化相形貌图
图2为本发明实施例中GH4080A合金中晶界形貌图
图3为本发明实施例中GH4080A合金中的光学显微组织图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，详述本发明的实施例。
一种镍基高温合金的热处理工艺，包括以下步骤：
步骤1)：固溶升温第一阶段：将镍基高温合金加热至500℃，升温速率为80℃/h，保温4h；
步骤2)：固溶升温第二阶段：待第一阶段保温结束后，继续将镍基高温合金升温至1000℃，升温速率为50℃/h，保温8h；
步骤3)：固溶阶段：待第二阶段保温结束后，继续将镍基高温合金升温至1050℃，升温速率30℃/h，保温4h，出炉空冷至室温；
步骤4)：一级时效阶段：固溶阶段结束后，将镍基高温合金加热至850℃±10℃，升温速率为50℃/h，保温24h，出炉空冷至室温；
步骤5)：二级时效阶段：一级时效阶段之后，将镍基高温合金加热至700℃±10℃，升温速率为50℃/h，保温16h，出炉空冷至室温。
上述的保温时间为镍基合金热透后的加热时间。
上述的镍基高温合金牌号为GH4080A，所述GH4080A合金的化学组分包括：C0.06％，Cr 18.75％，Al 1.45％，Ti 2.52％，Co 0.20％，Fe 1.00％，B 0.006％，Si0.080％，Mn 0.040％，杂质S 0.001％，P 0.0020％，Cu 0.020，Pb 0.0002％，Ag 0.0002％，Bi 0.00003％，余量为Ni。
将本实施例中的GH4080A合金分别采用GB/T 228.1《金属材料室温拉伸试验方法》、GB/T 2039《金属拉伸蠕变及持久试验方法》进行室温拉伸和750℃/310MPa条件下的持久性能测试，测试结果如表1和表2所示。
表1实施例1中GH4080A的室温拉伸性能
Figure BDA0003032579740000041
表2实施例1中GH4080A的高温持久性能
Figure BDA0003032579740000051
并对GH4080A的强化相、晶界相及晶粒组织进行了观察，分别如图1、图2、图3所示。从图1中可以看出，材料中析出大量圆球状γ’相，起到了良好的强化效果；从图2中可以看出晶界存在碳化物，起到了晶界强化作用；图3为均匀的等轴晶组织，按照GB/T 6394《金属平均晶粒度测定方法》对晶粒度进行了测量，晶粒度为4.5级。
本发明通过固溶升温第二阶段的加热和保温，可以实现γ’相部分回溶，起到部分固溶作用，同时在该温度范围内合金的晶粒尺寸不发生变化。在固溶温度1050℃～1080℃范围内的保温时间由原来的8h缩短至4-6h，避免晶粒尺寸长大的同时，可以实现γ’相的完全回溶，确保了固溶效果，在后续时效过程中可以析出足够量的强化相，从而确保了材料的力学性能，进而提升该合金棒材和锻件的合格率，具有较为显著的经济效益。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种镍基高温合金的热处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1)：固溶升温第一阶段：将镍基高温合金加热至400℃～600℃，升温速率不大于100℃/h，保温4h～6h；
步骤2)：固溶升温第二阶段：待第一阶段保温结束后，继续将镍基高温合金升温至950℃～1000℃，升温速率不大于50℃/h，保温5h～10h；
步骤3)：固溶阶段：待第二阶段保温结束后，继续将镍基高温合金升温至1050℃～1080℃，升温速率不大于50℃/h，保温4h～6h，出炉空冷至室温；
步骤4)：一级时效阶段：固溶阶段结束后，将镍基高温合金加热至850℃±10℃，升温速率不大于50℃/h，保温24h，出炉空冷至室温；
步骤5)：二级时效阶段：将一级时效阶段处理后的镍基高温合金加热至700℃±10℃，升温速率不大于50℃/h，保温16h，出炉空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金的热处理工艺，其特征在于：所述的保温时间为镍基高温合金热透后的加热时间。
3.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金的热处理工艺，其特征在于：所述的镍基高温合金牌号为GH4080A。
4.根据权利要求3所述的一种镍基高温合金的热处理工艺，其特征在于：所述的GH4080A合金的化学组分包括：C 0.04～0.10％，Cr 18.00～21.00％，Al 1.00～1.80％，Ti1.80～2.70％，Co≤2.00％，Fe≤1.50％，B≤0.008％，Si≤0.80％，Mn≤0.40％，，杂质S≤0.015％，P≤0.020％，Cu≤0.200，Pb≤0.0020％，Ag≤0.0005％，Bi≤0.0001％，余量为Ni。
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