CN113943909A

CN113943909A - 提高gh141难变形高温合金热塑性的方法

Info

Publication number: CN113943909A
Application number: CN202111227173.3A
Authority: CN
Inventors: 肖东平; 周扬; 付建辉; 杨浩笛
Original assignee: Chengdu Advanced Metal Materials Industry Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: Chengdu Advanced Metal Materials Industry Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2021-10-21
Filing date: 2021-10-21
Publication date: 2022-01-18

Abstract

本发明公开了一种提高GH141难变形高温合金热塑性的方法，属于高温合金热处理技术领域。提高GH141难变形高温合金热塑性的方法为将GH141铸锭进行均匀化热处理，均匀化热处理采用多段加热保温的方法，具体为第一段，控制温度≤600℃，将GH141铸锭装炉；第二段，以≤50℃/h的速率加热至1060‑1090℃保温18‑24h；第三段，以≤100℃/h的速率加热至1170‑1200℃保温40‑60h；第四段，保温结束后，随炉冷却至≤300℃，出炉空冷。本发明的方法能够有效解决GH141合金的元素偏析，消除铸态枝晶组织，降低GH141铸锭的热变形抗力，使GH141合金在1000‑1180℃范围内具有良好的塑性，可有效解决现有技术生产的GH141合金热塑性较差的问题。

Description

提高GH141难变形高温合金热塑性的方法

技术领域

本发明属于高温合金热处理技术领域，涉及GH141合金，具体涉及一种提高GH141难变形高温合金热塑性的方法。

背景技术

GH141合金是一种沉淀硬化型镍基变形高温合金，其合金化程度高，变形抗力大，热塑性差，锻造温度区间窄，因此，锻造开坯困难，属于难变形合金。在凝固过程中，主要合金元素Al、Ti、Mo等存在严重的枝晶偏析现象，显著影响合金的热塑性。高温均匀化处理可以促进溶质元素原子的扩散迁移，减轻和消除枝晶偏析，并使可能存在的有害相溶解，从而提高合金的热塑性。但是，均匀化处理不仅需要考虑元素偏析、枝晶组织消除和析出相回溶等微观组织的变化，还需要考虑晶粒的长大，合金氧化等对热塑性的影响。

文献《高温均匀化热处理对难变形GH141合金锭热塑性的影响》[赵炳堃,赵光普,吕桂芝.高温均匀化热处理对难变形GH141合金锭热塑性的影响[J].钢铁研究学报,1989,1(2):47-53.]对GH141均匀化处理的研究表明，经1170℃、≥6h均匀化处理对改善铸态混合晶热塑性有明显作用。文献《均匀化热处理及其冷却速度对镍基GH141合金热塑性的影响》[陈爱民,杨洪才,高洪彬,等.均匀化热处理及其冷却速度对镍基GH141合金热塑性的影响[J].东北大学学报,1999(01):56-59.]研究了均匀化处理及其冷却速度对GH141合金热塑性的影响，结果表明，均匀化处理可以显著提高GH141合金铸锭的热塑性，并且均匀化处理后，低的冷却速度可以使变形抗力更低，热塑性提高。

然而，经过现有均匀化方法处理后的GH141合金在高温下的塑性仍不理想，塑性区间较窄，后续锻造开坯过程中极易产生开裂。因此，亟需对该合金铸锭的均匀化处理方法进行深入研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术生产的GH141合金热塑性较差的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提高GH141难变形高温合金热塑性的方法，将GH141铸锭进行均匀化热处理，均匀化热处理采用多段加热保温的方法。

上述多段加热保温的方法为：第一段，控制温度≤600℃，将GH141铸锭装炉；第二段，以≤50℃/h的速率加热至1060-1090℃保温18-24h；第三段，以≤100℃/h的速率加热至1170-1200℃保温40-60h；第四段，保温结束后，随炉冷却至≤300℃，出炉空冷。

上述GH141铸锭为GH141自耗锭，由GH141电极棒切头、剥皮后经过真空自耗重熔熔炼得到。

上述GH141电极棒为采用真空感应熔炼工艺对GH141合金的原材料进行熔炼，浇注得到。

上述GH141合金的化学成分按重量百分比计为：C≤0.12％，Cr 18.0-20.0％，Co10.0-12.0％，Mo 9.00-10.50％，Al 1.40-1.60％，Ti 3.00-3.30，B 0.003-0.010％，Zr≤0.07，Cu≤0.50％，Fe≤5.00％，Si≤0.50％，Mn≤0.1％，P≤0.015％，S≤0.015％，余量为Ni和不可避免的杂质。

进一步的是，上述GH141自耗锭规格为Φ250mm。

进一步的是，上述GH141电极棒规格为Φ200mm。

本发明的有益效果是：本发明采用多段加热保温的方式对GH141合金进行均匀化热处理，首先通过在1060-1090℃保温，可以使γ′相、M₂₃C₆及其他低熔点相充分回溶入基体，同时消除部分枝晶组织和元素偏析，减少合金在高温下长时间保温产生严重的氧化。其次，在1170-1200℃保温是为了进一步消除枝晶组织和元素偏析，使合金成分基本均匀，并且使M₆C完全回溶；同时改善MC碳化物的尺寸和形态，使MC碳化物棱角变钝、尺寸变小，从而减小碳化物在热变形过程中成为裂纹源的可能，提高合金的热塑性；残留部分MC碳化物也有利于合金在后续开坯热变形过程中发生完全动态再结晶，获得均匀细小的锻态组织。

采用本发明的技术方案，能够有效解决GH141合金的元素偏析，消除铸态枝晶组织，大部分析出相回溶，并明显降低GH141铸锭的热变形抗力，提高热塑性，使GH141合金在1000-1180℃范围内具有良好的塑性。

附图说明

图1为本发明实施例1中未经过均匀化处理的GH141合金铸锭1/2半径处的金相组织；

图2为本发明实施例1中经过均匀化处理后的GH141合金铸锭1/2半径处的金相组织。

具体实施方式

本发明的技术方案，具体可以按照以下方式实施。

提高GH141难变形高温合金热塑性的方法，将GH141铸锭进行均匀化热处理，均匀化热处理采用多段加热保温的方法。

为了有效解决GH141合金的元素偏析，消除铸态枝晶组织，降低GH141铸锭的热变形抗力提高热塑性，因此优选的是，上述多段加热保温的方法为：第一段，控制温度≤600℃，将GH141铸锭装炉；第二段，以≤50℃/h的速率加热至1060-1090℃保温18-24h；第三段，以≤100℃/h的速率加热至1170-1200℃保温40-60h；第四段，保温结束后，随炉冷却至≤300℃，出炉空冷。

为了达到更好的实验效果，因此优选的是，上述GH141铸锭为GH141自耗锭，由GH141电极棒切头、剥皮后经过真空自耗重熔熔炼得到，GH141自耗锭规格为Φ250mm；上述GH141电极棒为采用真空感应熔炼工艺对GH141合金的原材料进行熔炼，浇注得到，GH141电极棒规格为Φ200mm。

所述GH141合金的化学成分按重量百分比计为：C≤0.12％，Cr 18.0-20.0％，Co10.0-12.0％，Mo 9.00-10.50％，Al 1.40-1.60％，Ti 3.00-3.30，B 0.003-0.010％，Zr≤0.07，Cu≤0.50％，Fe≤5.00％，Si≤0.50％，Mn≤0.1％，P≤0.015％，S≤0.015％，余量为Ni和不可避免的杂质。

下面通过实际的例子对本发明的技术方案和效果做进一步的说明。

实施例

本发明提供两组采用本发明技术方案的实施例，实施例1-2中采用的GH141合金成分如表1所示(余量为Ni和不可避免的杂质)。

表1实施例GH141合金的化学成分/％

	C	Cr	Co	Mo	Al	Ti	B
								实施例1	0.09	19.58	11.35	10.40	1.40	3.10	0.007
实施例2	0.091	19.68	11.36	10.36	11.43	3.17	0.007
									Zr	Cu	Fe	Si	Mn	P	S
实施例1	0.015	0.009	0.02	0.008	0.006	0.004	0.0011
								实施例2	0.015	0.01	0.03	0.01	0.002	0.005	0.0013

实施例1-2的具体实施步骤如下：

A.采用真空感应熔炼工艺按表1中GH141合金成分进行熔炼浇注，得到Φ200mm电极棒；

B.将步骤A得到的电极棒切头、剥皮后采用真空自耗重熔熔炼，得到Φ250mm自耗锭；

C.将步骤B得到的自耗锭进行均匀化热处理，均匀化热处理采用多段加热保温的方法，第一段，控制温度≤600℃，将GH141铸锭装炉；第二段，以≤50℃/h的速率加热至1060-1090℃保温18-24h；第三段，以≤100℃/h的速率加热至1170-1200℃保温40-60h；第四段，保温结束后，随炉冷却至≤300℃，出炉空冷，得到合金，具体工艺设置参数如表2所示。

表2均匀化工艺参数

对实施例得到GH141合金铸锭均匀化处理前后的微观组织、元素偏析及力学性能进行检测，结果如下：

1.微观组织

图1为实施例1中未经过均匀化处理的GH141合金铸锭1/2半径处的金相组织，图2为实施例1中经均匀化处理后的GH141合金铸锭1/2半径处的金相组织，由图可知：未经过均匀化处理的合金铸锭组织中存在明显枝晶，且枝晶间分布有大量析出相，而经过均匀化处理的合金铸锭组织中枝晶组织已经完全消除，大量析出相已经回溶，仅有少量碳化物存在。

2.元素偏析系数及残余偏析系数

偏析系数K为枝晶间与枝晶干元素含量的比值，残余偏析系数δ为均匀化处理后溶质原子最高浓度和最低浓度的差值/原铸态的最高和最低浓度的差值，具体结果如表3。

表3元素偏析检测结果

由表3可知，实施例1和2的GH141合金经过均匀化处理后与处理前相比，Al、Ti、Cr、Co、Mo等元素的偏析系数基本接近1，残余偏析指数接近于0.2，合金成分基本均匀。

3.力学性能测试

对实施例1和2得到的经过均匀化处理后的GH141合金进行力学性能测试，结果如表4所示。

表4力学性能检测结果

由表4可知，实施例1和2经过均匀化处理后的GH141合金在1000-1180℃范围内具有良好的塑性。

Claims

1.提高GH141难变形高温合金热塑性的方法，其特征在于：将GH141铸锭进行均匀化热处理，均匀化热处理采用多段加热保温的方法。

2.根据权利要求1所述的提高GH141难变形高温合金热塑性的方法，其特征在于：所述多段加热保温的方法为：第一段，控制温度≤600℃，将GH141铸锭装炉；第二段，以≤50℃/h的速率加热至1060-1090℃保温18-24h；第三段，以≤100℃/h的速率加热至1170-1200℃保温40-60h；第四段，保温结束后，随炉冷却至≤300℃，出炉空冷。

3.根据权利要求1-2所述的提高GH141难变形高温合金热塑性的方法，其特征在于：所述GH141铸锭为GH141自耗锭，由GH141电极棒切头、剥皮后经过真空自耗重熔熔炼得到。

4.根据权利要求3所述的提高GH141难变形高温合金热塑性的方法，其特征在于：所述GH141电极棒为采用真空感应熔炼工艺对GH141合金的原材料进行熔炼，浇注得到。

5.根据权利要求4所述的提高GH141难变形高温合金热塑性的方法，其特征在于：所述GH141合金的化学成分按重量百分比计为：C≤0.12％，Cr 18.0-20.0％，Co 10.0-12.0％，Mo 9.00-10.50％，Al 1.40-1.60％，Ti 3.00-3.30，B 0.003-0.010％，Zr≤0.07，Cu≤0.50％，Fe≤5.00％，Si≤0.50％，Mn≤0.1％，P≤0.015％，S≤0.015％，余量为Ni和不可避免的杂质。

6.根据权利要求3所述的提高GH141难变形高温合金热塑性的方法，其特征在于：所述GH141自耗锭规格为Φ250mm。

7.根据权利要求4所述的提高GH141难变形高温合金热塑性的方法，其特征在于：所述GH141电极棒规格为Φ200mm。