CN113604760B - 提升亚固溶处理后gh4738合金锻件强度稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提升亚固溶处理后GH4738合金锻件强度稳定性的方法，属于高温合金热处理的技术领域。本发明的技术方案如下：将GH4738合金锻件加热至1000‑1040℃进行亚固溶处理8‑12min，冷却至200℃以下后出炉；随后将GH4738合金锻件加热至740‑770℃进行时效处理12‑16h并空冷至室温。该热处理工艺固溶处理时间较短，在保证γ′相充分回溶的前提下，最大程度上限制了晶粒的长大，保留了锻件细小的晶粒组织。此外，该热处理方法所述固溶处理与时效处理之间匹配良好，得到的γ′强化相分布均匀，在提升合金强度稳定性方面具有意想不到的效果。处理后合金锻件室温及540℃高温下屈服强度的标准差分别为5.3和5.7MPa，较工艺优化之前分别可降低50％和56％。
Description
技术领域
本发明涉及高温合金材料热处理技术领域，具体为一种提升亚固溶处理后GH4738合金锻件强度稳定性的方法。
背景技术
经济的快速发展离不开大量电能的消耗，而我国超过70％的发电量来自于燃煤火力发电。燃煤火力发电在消耗不可再生的自然资源的同时，还会排放大量的二氧化碳、氮化物、硫化物等污染物。在环保减排的背景下，提高火力发电效率势在必行。通过提高工作温度来提升大容量火电机组的热效率是实现煤炭资源清洁高效利用的最直接有效的措施，因此目前世界多个国家正在大力发展700℃先进超超临界火力机组及其配套的合金材料。
由于奥氏体耐热钢的承温能力有限，镍基高温合金在高温下具有优良的综合性能而有望应用于超超临界机组的高温关键部件。GH4738作为一种γ′相强化型变形镍基合金，在700-800℃之间具有较高的屈服强度和抗疲劳性能，且在870℃以下的燃气气氛中具有良好的抗腐蚀性能，因此是一种重要的锻造零部件备选材料。
作为一种多晶的析出强化型镍基合金，γ′相析出强化以及晶界强化是GH4738合金的两种主要强化手段，而这两方面的强化效果高低主要通过热处理工艺进行调控。在高温锻造过程中动态再结晶不断进行，因此成形后的GH4738合金锻件拥有细小均匀的晶粒组织。然而由于此时合金基体内的γ′相并未完全析出，GH4738合金锻件在服役之前还需进行亚固溶及时效处理，优化γ′相的分布，强化合金基体。
GH4738合金锻件进行亚固溶处理的主要目的是让γ′强化相等析出相充分回溶到基体中，为下一步时效处理时析出相的均匀析出做准备。如果固溶处理时间短，析出相不能充分回溶，会导致时效处理后析出相尺寸分布不均匀；如果固溶处理时间过长，晶粒易发生异常长大，破坏锻件已有的均匀细小的晶粒组织。因此固溶处理时间过短或过长均会导致合金微观组织的不均匀，进而降低合金的强度稳定性。通过优化合金的固溶处理时间，提高时效处理后合金组织和力学性能的稳定性是提升合金服役安全性及服役稳定性的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提升亚固溶处理后GH4738合金锻件强度稳定性的方法，以提升合金锻件的服役安全性和稳定性。
本发明所述的提升亚固溶处理后GH4738合金锻件强度稳定性的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：将GH4738合金锻件放进加热炉，加热进行亚固溶处理，其中亚固溶处理温度为1000-1040℃，保温时间为8-12min，冷却至200℃以下后出炉；
步骤二：将亚固溶处理后的GH4738合金锻件放进加热炉，加热至740-770℃进行时效处理12-16h，随后空冷至室温。
进一步地，步骤一和步骤二中所述的合金锻件放进热处理炉之后随炉升温至目标温度，升温速率为15-25℃/min。
进一步地，步骤一中亚固溶处理完成后，加热炉通0.1-0.2MPa的空气对合金锻件进行冷却。
进一步地，采用本发明所述热处理工艺处理后的GH4738合金锻件力学性能稳定性提升明显，其中室温和540℃条件下屈服强度标准差值较工艺优化之前分别可降低50％和56％。
本发明提供了一种提升亚固溶处理后GH4738合金锻件强度稳定性的方法。从γ′相剩余量和晶粒尺寸的稳定性方面入手，获得了短时间固溶处理后稳定的微观组织。经后续时效处理后，合金在室温以及540℃高温下屈服强度的标准差明显降低。
本发明的有益效果为：
本发明热处理工艺通过优化GH4738合金锻件亚固溶处理时间，在保证γ′相充分回溶的前提下，最大程度上限制了晶粒的长大，保留了锻件细小的晶粒组织。此外，该热处理方法中亚固溶处理与时效处理之间匹配良好，得到的γ′强化相分布均匀。由于本发明热处理后合金锻件的微观组织均匀，在提升GH4738合金锻件强度稳定性方面具有意想不到的效果。处理后合金锻件室温及540℃高温下屈服强度的标准差分别为5.3和5.7MPa，较工艺优化之前分别可降低50％和56％。本发明工艺简单易行，极具应用和推广价值。
附图说明
图1为本发明实施例1经过亚固溶及时效处理后的金相组织。
图2为本发明实施例1经过亚固溶及时效处理后合金内γ′相的分布。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述。其中，本发明实施例GH4738合金锻件的规格为
由多火次热模锻加工而成，成分如下表所示。
表1实施例中GH4738合金锻件成分
| 成分 | C | Cr | Co | Mo | Ti | Al | Zr | B | Ni |
| 含量wt.％ | 0.07 | 19.65 | 14.50 | 4.55 | 3.15 | 1.45 | 0.06 | 0.007 | 余量 |
实施例1
亚固溶处理：将GH4738合金锻件放进加热炉，以20℃/min的速率加热至亚固溶处理温度1020℃，保温10min后通0.1MPa的空气冷却至200℃以下后出炉；
时效处理：将亚固溶处理后的GH4738合金锻件放进加热炉，以20℃/min的速率加热至755℃进行时效处理13h，随后空冷至室温。
实施例2
亚固溶处理：将GH4738合金锻件放进加热炉，以15℃/min的速率加热至固溶处理温度1030℃，保温12min后通0.15MPa的空气冷却至200℃以下后出炉；
时效处理：将亚固溶处理后的GH4738合金锻件放进加热炉，以25℃/min的速率加热至745℃进行时效处理15h，随后空冷至室温。
综上所述，本发明实施例提供了一种可有效提升亚固溶处理后GH4738合金锻件强度稳定性的方法。使用本方法可以实现热处理后GH4738合金内部γ′相及晶粒尺寸的均匀、稳定分布，进而优化合金强度稳定性，缩小强度值的起伏大小。
为了检验采用本发明所述方法制备而得的GH4738合金锻件力学性能的稳定性，对按照实施例1所述方法亚固溶及时效处理而得的GH4738合金样品取样，在室温及540℃高温下进行瞬时拉伸试验。具体试验检测数据如下：
表2力学性能检测结果(分别取10件进行试验)
| 试验温度 | 屈服强度MPa | 标准差值 |
| 室温 | 903、892、905、907、894、899、906、908、897、900 | 5.3 |
| 540℃ | 806、813、798、797、807、799、803、811、804、813 | 5.7 |
采用该固溶处理参数，时效处理后的合金室温及540℃高温下屈服强度的标准差分别为5.3和5.7MPa，较工艺优化之前分别可降低50％和56％。。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方案，但本发明的保护范围并不局限于此，凡是利用本发明所作的等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种提升亚固溶处理后GH4738合金锻件强度稳定性的方法，其特征在于由以下步骤组成：
步骤一：将GH4738合金锻件放进加热炉，加热进行亚固溶处理，其中亚固溶处理温度为1000-1040℃，保温时间为8-12min，冷却至200℃以下后出炉；
步骤二：将亚固溶处理后的GH4738合金锻件放进加热炉，加热至740-770℃进行时效处理12-16h，随后空冷至室温；
步骤一和步骤二中所述的合金锻件放进热处理炉之后随炉升温至目标温度，升温速率为15-25℃/min；
步骤一中亚固溶处理完成后，加热炉通0.15-0.2MPa的空气对合金锻件进行冷却。
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