CN113182353A

CN113182353A - 一种航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法

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Publication number: CN113182353A
Application number: CN202110269567.9A
Authority: CN
Inventors: 田建军; 安宁; 吕晨熠; 张志伟; 高杨; 牛永吉
Original assignee: Beijing Beiye Functional Materials Corp
Current assignee: Beijing Beiye Functional Materials Corp
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2021-07-30
Anticipated expiration: 2041-03-12
Also published as: CN113182353B

Abstract

一种航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法，属于高温合金制造技术领域。采用纯净度高的纯金属原材料并进行三联冶炼，冶炼工艺选择真空冶炼+电渣重熔+真空自耗重熔；将冶炼获得的合金锭进行均匀化热处理，获得高品质的GH4169合金；对半成品进行研磨和抛光，以保证在不损坏产品表面的前提下有效去除表面附着的异物；采用二十辊精轧机、合理控制冷轧变形量，最终获得0.02～0.08mm成品箔材。使用本发明生产的GH4169成品箔材其固溶态断后延伸率达到36％～48％、时效态抗拉强度达到1250MPa～1450MPa、表面粗糙度0.05μm～0.10μm、成品厚度精度达到±0.003mm的高品质GH4169合金冷轧箔材。优点在于，制备的GH4169合金冷轧箔材质量优异，可实现工业批量化稳定化生产。

Description

一种航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法

技术领域

本发明属于高温合金制造技术领域，特别涉及一种航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法。

背景技术

航空发动机是一类涉及学科领域极其广泛的高技术含量产品，其发展水平通常代表了一个国家的工业水平。蜂窝密封结构是一种安装在发动机内壁上围绕轴中心的环型槽中的关键部件，长期经受高温、高压、高腐蚀性的燃气，同时承受连接部件的拉压作用，服役环境极其恶劣，要求制备蜂窝密封结构的高温合金箔材具有较高的延伸率和抗拉强度，同时也对箔材表面粗糙度和厚度精度提出了更高要求。

GH4169合金含有Al、Ti、Mo、Nb等多种合金化元素，具有较好的力学性能，但其合金的内部产生复杂的析出相，导致组织的不均匀性和力学性能、抗氧化性能的降低，在箔材成品和半成品表面产生具有一定厚度、颜色灰暗、质地坚硬的化合物薄膜，生产加工难度极大。国内外还没有此类高温合金箔材制备方法的相关信息报道。

公开专利文献CN201310225161.6中，介绍了一种0.1mm厚 Ti2AlNb基合金箔材的冷轧工艺，虽然此专利文献中同样介绍使用了使用中间热处理退火和控制冷轧变形量的问题，但在产品化学成分、使用用途，成品规格等方面和本发明有很大不同，并且没有涉及产品尺寸公差和表面色差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法。该镍基合金箔材主要用于制作航空发动机中的关键部件—蜂窝密封材料。通过本发明制备的GH4169合金冷轧箔材质量优异高品质GH4169合金冷轧箔材。可实现工业化生产。

本发明生产的GH4169成品箔材的性能为：固溶态断后延伸率达到36％～48％、时效态抗拉强度达到1250MPa～1450MPa、表面粗糙度 0.05μm～0.10μm、成品厚度精度达到±0.003mm。具体制备工艺步骤及控制的技术参数如下：

采用纯净度高的纯金属原材料并进行三联冶炼，冶炼工艺选择真空冶炼+电渣重熔+真空自耗重熔；将冶炼获得的合金锭进行均匀化热处理，获得高品质的GH4169合金；对半成品进行研磨和抛光，以保证在不损坏产品表面的前提下有效去除表面附着的异物；采用二十辊精轧机、合理控制冷轧变形量，最终获得0.02～0.08mm成品箔材。使用本发明生产的GH4169成品箔材其固溶态断后延伸率达到36％～ 48％、时效态抗拉强度达到1250MPa～1450MPa、表面粗糙度0.05μm～ 0.10μm、成品厚度精度达到±0.003mm的高品质GH4169合金冷轧箔材。

所述的纯净度高的纯金属原材料为，选择非金属夹杂物总量不大于1.0级、氧氮硫三种元素含量总和不大于25ppm的高纯净度原材料，原材料形式为块状纯金属。

所述的真空冶炼采用真空度＜0.1Pa的真空熔炼炉进行合金化，将合金化获得的钢锭进行电渣重熔+真空自耗重熔，从而获得三联冶炼的GH4169合金钢锭，电渣重熔和真空自耗重熔需在氩气或氦气等惰性气体的保护下进行。

进一步的：三联冶炼获得的钢锭进行均匀化热处理，加热温度为 1050℃～1180℃，保温40～60小时，消除合金凝固过程中出现的元素偏析，为后续加工提供成分均匀的优质钢锭。

所述的对半成品冷带进行表面研磨和抛光处理，研磨粒度为500 目～2000目，抛光介质为微腐蚀性电解液，目的是消除初轧和软化退火在冷带表面形成的异物。

所述的使用二十辊精轧机轧制合金箔材成品，最后一个轧程坯料厚度为0.07～0.12mm，第一道轧制变形量控制为10％～25％，最后一道轧制变形量控制为3％～15％，最终轧制成0.02～0.08mm厚GH4169 高温合金箔材。

本发明的优点在于：

GH4169高温合金箔材的生产难点在于合金成分复杂、易出现元素偏析而导致性能不均匀等问题，同时高品质高温合金箔材对表面光洁度和厚度精度要求非常高，而本发明创造性的将精选原材料+三联冶炼+均匀化热处理+冷轧过程中研磨和抛光处理+精确控制轧制变形量等工艺结合一体，解决了以上问题，最终生产出了表面质量和性能都符合蜂窝密封材料要求的产品。

(1)选择非金属夹杂物总量不大于1.0级、氧氮硫三种元素含量总和不大于25ppm的高纯净度纯金属作为合金化的原材料，再进行电渣重熔和自耗重熔进一步去夹杂、去气，有效保证箔材产品在极薄的成品状态下不会因为夹杂物过多、尺寸过大而导致的孔洞和磷皮等缺陷。

(2)对钢锭进行1050～1180℃、40～60小时的均匀化热处理，能够有效促进Nb、Mo等元素在合金钢锭中的均匀扩散，解决偏析问题，避免因元素偏析导致的合金热加工工艺性差和性能不均匀。

(3)本发明中对半成品冷带进行表面研磨和抛光处理，研磨粒度为500目～2000目，将材料表面在加工过程中粘连的、经过热处理化学反应产生的夹杂物和氧化皮去除，提高表面质量。抛光介质为微腐蚀性电解液，通过电化学反应，使材料表面附着物与电解液发生带电粒子交换从而达到溶解、去除的效果。

(4)本发明通过前3种工艺已经改善了GH4169高温合金材料的加工性能和性能均匀性，并提高了箔材表面光洁度，再进一步通过二十辊精轧机控制第一道和最后一道的冷轧变形量来提高箔材厚度精度，从而生产出了0.02～0.08mm的GH4169高温合金箔材。

本发明的有益效果：使用本发明生产的高品质镍基高温合金 GH4169箔材成品性能达到：固溶态断后延伸率达到36％～48％、时效态抗拉强度达到1250MPa～1450MPa、表面粗糙度0.05μm～0.10μm、成品厚度精度达到±0.003mm。通过本发明制备的GH4169合金冷轧箔材质量优异，可实现工业化生产，满足高性能航空发动机的使用需求，对帮助我国打破发达国家航空发动机技术垄断和封锁具有重大意义。

附图说明

图1为0.05mm厚GH4169镍基高温合金箔材照片图。

图2为批量化生产GH4169镍基高温合金箔材照片图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。但不局限于此三种实施例，同样适用于其它航空发动机用镍基高温合金箔材的制备。

实施例1

1：选择非金属夹杂物总量0.5级、氧氮硫三种元素含量总和 15ppm的镍、铬、铌、钼、铝、钛、铁七种块状纯金属，采用真空度为0.1Pa的真空熔炼炉进行合金化，制备成化学成分合格的GH4169 合金，将合金化获得的钢锭进行电渣重熔+真空自耗重熔完成三联冶炼；

2：将经过三联冶炼冶炼的钢锭进行均匀化热处理，加热温度为 1180℃，保温45小时，完成合金元素的均匀化；

3：将经过均匀化热处理的钢锭进行锻造和热轧，制备成为3mm 厚卷带，并进行冷轧开坯轧制；

4：冷轧开坯的半成品冷带进行表面研磨，研磨粒度为500目、 800目、1000目、1500目和2000目，由粗到细，依次进行，消除初轧和软化退火形成的表面异物；

5：将厚度为0.07mm的薄半成品进行抛光处理，抛光材料使用质地较软的无纺布，抛光介质使用4％的硝酸酒精溶液；

6：最后采用二十辊精轧机对经过抛光的薄半成品进行成品精轧，第一道精轧变形量20％，最后一道变形量4％，最终获得厚度为0.03mm、厚度精度达到±0.002mm的GH4169合金箔材。

生产的0.03mm厚GH4169合金箔材性能如表1所示。

实施例2

1：选择非金属夹杂物总量1.0级、氧氮硫三种元素含量总和 15ppm的镍、铬、铌、钼、铝、钛、铁七种块状纯金属，采用真空度为0.1Pa的真空熔炼炉进行合金化，制备成化学成分合格的GH4169 合金，将合金化获得的钢锭进行电渣重熔+真空自耗重熔完成三联冶炼；

2：将经过三联冶炼冶炼的钢锭进行均匀化热处理，加热温度为 1150℃，保温50小时，完成合金元素的均匀化；

3：将经过均匀化热处理的钢锭进行锻造和热轧，制备成为5mm 厚卷带，并进行冷轧开坯轧制；

4：冷轧开坯的半成品冷带进行表面研磨，研磨粒度为500目、 800目、1500目和2000目，由粗到细，依次进行，消除初轧和软化退火形成的表面异物；

5：将厚度为0.09mm的薄半成品进行抛光处理，抛光材料使用质地较软的无纺布，抛光介质使用5％的硝酸酒精溶液；

6：最后采用二十辊精轧机对经过抛光的薄半成品进行成品精轧，第一道精轧变形量22％，最后一道变形量7％，最终获得厚度为0.05mm、厚度精度达到±0.003mm的GH4169合金箔材。

生产的0.05mm厚GH4169合金箔材性能如表1所示。

实施例3

1：选择非金属夹杂物总量1.0级、氧氮硫三种元素含量总和 21ppm的镍、铬、铌、钼、铝、钛、铁七种块状纯金属，采用真空度为0.1Pa的真空熔炼炉进行合金化，制备成化学成分合格的GH4169 合金，将合金化获得的钢锭进行电渣重熔+真空自耗重熔完成三联冶炼；

2：将经过三联冶炼冶炼的钢锭进行均匀化热处理，加热温度为 1100℃，保温55小时，完成合金元素的均匀化；

3：将经过均匀化热处理的钢锭进行锻造和热轧，制备成为8mm 厚卷带，并进行冷轧开坯轧制；

4：冷轧开坯的半成品冷带进行表面研磨，研磨粒度为500目、 800目、1000目和1500目，由粗到细，依次进行，消除初轧和软化退火形成的表面异物；

5：将厚度为0.12mm的薄半成品进行抛光处理，抛光材料使用质地较软的无纺布，抛光介质使用4％硝酸+2％盐酸的酒精溶液；

6：最后采用二十辊精轧机对经过抛光的薄半成品进行成品精轧，第一道精轧变形量18％，最后一道变形量10％，最终获得厚度为0.08mm、厚度精度达到±0.003mm的GH4169合金箔材。

生产的0.08mm厚GH4169合金箔材性能如表1所示。

表1不同实施例中GH4169箔材性能

Claims

1.一种航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法，其特征在于，具体制备工艺步骤及控制的技术参数如下：

采用纯净度高的纯金属原材料并进行三联冶炼，冶炼工艺选择真空冶炼+电渣重熔+真空自耗重熔；将冶炼获得的合金锭进行均匀化热处理，获得高品质的GH4169合金；对半成品进行研磨和抛光，以保证在不损坏产品表面的前提下有效去除表面附着的异物；采用二十辊精轧机、控制冷轧变形量，最终获得0.02～0.08mm成品箔材；使用本发明生产的GH4169成品箔材其固溶态断后延伸率达到36％～48％、时效态抗拉强度达到1250MPa～1450MPa、表面粗糙度0.05μm～0.10μm、成品厚度精度达到±0.003mm的高品质GH4169合金冷轧箔材。

2.按照权利要求1所述的航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法，其特征在于，所述的纯净度高的纯金属原材料为，选择非金属夹杂物总量不大于1.0级、氧氮硫三种元素含量总和不大于25ppm的高纯净度原材料，原材料形式为块状纯金属。

3.按照权利要求1所述的航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法，其特征在于，所述的真空冶炼采用真空度＜0.1Pa的真空熔炼炉进行合金化，将合金化获得的钢锭进行电渣重熔+真空自耗重熔，从而获得三联冶炼的GH4169合金钢锭，电渣重熔和真空自耗重熔需在氩气或氦气等惰性气体的保护下进行。

4.按照权利要求1所述的航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法，其特征在于，三联冶炼获得的钢锭进行均匀化热处理，加热温度为1050℃～1180℃，保温40～60小时，消除合金凝固过程中出现的元素偏析，为后续加工提供成分均匀的优质钢锭。

5.按照权利要求1所述的航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法，其特征在于，所述的对半成品冷带进行表面研磨和抛光处理，研磨粒度为500目～2000目，抛光介质为微腐蚀性电解液，目的是消除初轧和软化退火在冷带表面形成的异物。

6.按照权利要求1所述的航空发动机用镍基高温合金冷轧箔材的制备方法，其特征在于，所述的使用二十辊精轧机轧制合金箔材成品，最后一个轧程坯料厚度为0.07～0.12mm，第一道轧制变形量控制为10％～25％，最后一道轧制变形量控制为3％～15％，最终轧制成0.02～0.08mm厚GH4169高温合金箔材。