CN114086032A - Gh4065a镍基高温合金及均匀化处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镍基高温合金，尤其是公开了一种GH4065A镍基高温合金及均匀化处理工艺，属于冶金生产工艺技术领域。提供一种能有效降低成品铸态组织偏析化程度的GH4065A镍基高温合金及均匀化处理工艺。所述的GH4065A镍基高温合金为一种含下述重量份组分的高温合金，所述的重量份组分为C：0.03、Cr：16.0、Co：13.0、Fe：1.0、Ti：3.7、Al：3.1、Nb：0.7、Mo：4.0、W：4.0，其余为Ni，其中，Ti、Nb和Mo元素富集于枝晶间，W元素富集于枝晶干。所述的均匀化处理工艺先将GH4065A铸锭在1160℃‑1190℃温度范围的加热炉中加热80h，之后以50‑100℃/h的冷却速率降温至600℃，接着将铸锭从炉内取出空冷至室温完成GH4065A镍基高温合金的均匀化处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种镍基高温合金，尤其是涉及一种GH4065A镍基高温合金，属于冶金生产 工艺技术领域。本发明还涉及一种用于所述GH4065A镍基高温合金的均匀化处理工艺。
背景技术
变形高温合金多年来一直作为航空发动机涡轮盘材料获得了广泛使用。近年来随着航空 发动机推重比的不断提高，其关键热端转动部件对变形高温合金的承温能力和力学性能的要 求也随之提高。当前国内外涡轮盘用量最大的变形高温合金牌号为GH4169等同于美国牌号 IN718，其最高服役温度为650℃。20世纪90年代美国的GE公司开发了R88DT粉末冶金合金 用于工作温度750℃以上的涡轮盘，但由于采用粉末冶金工艺生产，其成本过高。随后，GE 又与ATI公司联合开发了René65合金，其成分是在R88DT基础上优化而来，采用传统的铸锻 工艺，大大降低了生产成本，同时其使用温度也可达740℃，因此其得以应用于新一代LEAP 系列航空发动机的涡轮盘及压气机盘等关键部件。国产牌号GH4065A合金与美国René65合金 相近，是在R88DT粉末冶金合金成分基础上优化而来，兼具高性能、低成本和可批量化工业 生产的优势，被视为我国未来重点发展的主干变形涡轮盘材料。由于GH4065A合金化程度较 高，合金元素产生的偏析也较为显著。因此，研究GH4065A合金的均匀化工艺对于减轻合金 的偏析程度，为后续锻造工序提供良好的微观组织基础具有重要意义。其它镍基变形高温合 金如GH4720、GH4975等由于主要合金元素成分不同，其均匀化工艺不能直接适用于GH4065A。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种能有效降低成品铸态组织偏析化程度的GH4065A 镍基高温合金。本发明还提供一种用于所述GH4065A镍基高温合金的均匀化处理工艺。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种GH4065A镍基高温合金，所述的GH4065A 镍基高温合金为一种含下述重量份组分的高温合金，
所述的重量份组分为C：0.03、Cr：16.0、Co：13.0、Fe：1.0、Ti：3.7、Al：3.1、Nb：0.7、Mo：4.0、W：4.0，其余为Ni，
其中，Ti、Nb和Mo元素富集于枝晶间，W元素富集于枝晶干。
用于所述GH4065A镍基高温合金的均匀化处理工艺，所述的均匀化处理工艺先将GH4065A 铸锭在1160℃-1190℃温度范围的加热炉中加热80h，之后以50-100℃/h的冷却速率降温至 600℃，接着将铸锭从炉内取出空冷至室温完成GH4065A镍基高温合金的均匀化处理。
进一步的是，均匀化处理完成后的GH4065A镍基高温合金中Al、Ti、Nb的残余偏析指数 δ降至0.2以下，W的残余偏析指数δ降至0.3以下。
上述方案的优选方式是，所述的残余偏析指数δ是按下述公式计算获得的，
其中，Cmax和Cmin分别为经均匀化处理后相应合金的最高浓度值和最低浓度值，C0max和C0min分别为原铸态中相应合金的最高浓度值和最低浓度值。
本发明的有益效果是：本申请提供的技术方案以现有的变形高温合金为基础，对GH4065A 镍基高温合金的组分控C：0.03、Cr：16.0、Co：13.0、Fe：1.0、Ti：3.7、Al：3.1、Nb：0.7、Mo：4.0、W：4.0，其余为Ni进行控制，然后在均匀化处理过程中，先将GH4065A铸锭 在1160℃-1190℃温度范围的加热炉中加热80h，之后以50-100℃/h的冷却速率降温至600℃，接着将铸锭从炉内取出空冷至室温完成GH4065A镍基高温合金的均匀化处理，从而获得Ti、Nb和Mo元素富集于枝晶间，W元素富集于枝晶干的成品铸态组织偏析化程度复合要求的GH4065A镍基高温合金。达到有效降低成品铸态组织偏析化程度的目的。
附图说明
图1为本发明涉及到的典型GH4065A合金元素偏析规律图；
图2为经过本发明工艺均匀化后的组织电镜照片：(a)1160℃80h,(b)1190℃80h；
图3经过本发明工艺均匀化后主要元素残余偏析指数变化图；
图4经过发明工艺均匀化后的组织光镜：(c)1160℃80h,(d)1190℃80h。
具体实施方式
如图1～4所示是本发明提供的一种能有效降低成品铸态组织偏析化程度的GH4065A镍基 高温合金，以及用于所述GH4065A镍基高温合金的均匀化处理工艺。所述的GH4065A镍基高 温合金为一种含下述重量份组分的高温合金，
所述的重量份组分为C：0.03、Cr：16.0、Co：13.0、Fe：1.0、Ti：3.7、Al：3.1、Nb：0.7、Mo：4.0、W：4.0，其余为Ni，
其中，Ti、Nb和Mo元素富集于枝晶间，W元素富集于枝晶干。所述的均匀化处理工艺先将GH4065A铸锭在1160℃-1190℃温度范围的加热炉中加热80h，之后以50-100℃/h的冷却速率降温至600℃，接着将铸锭从炉内取出空冷至室温完成GH4065A镍基高温合金的均匀化处理。本申请提供的技术方案以现有的变形高温合金为基础，对GH4065A镍基高温合金的组分控C：0.03、Cr：16.0、Co：13.0、Fe：1.0、Ti：3.7、Al：3.1、Nb：0.7、Mo：4.0、 W：4.0，其余为Ni进行控制，然后在均匀化处理过程中，先将GH4065A铸锭在1160℃-1190℃ 温度范围的加热炉中加热80h，之后以50-100℃/h的冷却速率降温至600℃，接着将铸锭从 炉内取出空冷至室温完成GH4065A镍基高温合金的均匀化处理，从而获得Ti、Nb和Mo元素 富集于枝晶间，W元素富集于枝晶干的成品铸态组织偏析化程度复合要求的GH4065A镍基高 温合金。达到有效降低成品铸态组织偏析化程度的目的。
上述实施方式中，经过本申请均匀化处理完成后的GH4065A镍基高温合金中Al、Ti、Nb 的残余偏析指数δ降至0.2以下，W的残余偏析指数δ降至0.3以下。所述的残余偏析指数δ是按下述公式计算获得的，
其中，Cmax和Cmin分别为经均匀化处理后相应合金的最高浓度值和最低浓度值，C0max和C0min分别为原铸态中相应合金的最高浓度值和最低浓度值。由于SEM能谱测量较电子探针更快捷， 是一种更适用的表征手段，因此本发明运用下述方法来表征均匀化过程中的元素偏析规律。 在均匀化前由于枝晶清晰可见，运用的测量方法为：在700倍视场内，在枝晶间和枝晶干各 取10个测量区域共计20个测量区域，对于任意元素取这20个测量区域的最大和最小质量百 分比分别作为C0max和C0min。由于均匀化后电镜下的视场已难以分辨枝晶间和枝晶间，所 以本研究测量均匀化过程的残余偏析指数的方法为：在700倍视场内，用能谱从视场左上角 开始画大小约为视场大小1/10的能谱测量区域，至视场右下角共计10个区域，10个区域内 各元素的最大和最小质量百分比分别作为Cmax和Cmin。虽然运用SEM能谱测量合金元素含 量并不精确，但在探索均匀化工艺中获得元素的大致含量变化，就可以反应出不同均匀化工 艺对偏析的改善情况。因此，上述方法测量的结果具有参考意义。
综上所述，本申请提供的技术方案针对GH4065A作为新一代的航空发动机涡轮盘用高温 合金现有的研究较少的实际状况，基于其合金化程度较高，通常所使用的镍基GH4169合金的 均匀化工艺难以保证合金化元素充分扩散的效果现实状况。采用发明所提供的均匀化工艺可 以降低元素偏析至可接受的范围，并且使得均匀化后的铸锭相较于其它均匀化方案具有较低 的变形抗力，更有利于开坯的进行。
具体实施例
本发明提供一种GH4065A合金的均匀化处理工艺。GH4065A的名义成分见表1所示。
表1 GH4065A合金名义成分
GH4065A合金的典型铸态组织偏析规律如图1所示，其中，偏析系数K＝枝晶间元素质量 分数/枝晶干元素质量分数。通常情况下，GH4065A合金中的Ti、Nb、W、Mo的偏析最为严重， 其中Ti、Nb和Mo元素富集于枝晶间，W元素富集于枝晶干。
本发明提供的均匀化工艺为：将GH4065A铸锭在1160℃-1190℃的温度范围的加热炉中 加热80h，之后以50-100℃/h的冷却速率降温，直至600℃将铸锭从炉内取出，空冷至室温。
残余偏析指数δ是一个常用于表征合金均匀化程度的指标，其定义为：
其中，Cmax和Cmin分别为经均匀化处理后的最高浓度和最低浓度，C0max和C0min分别为原铸态 的最高和最低浓度值。本发明提供的均匀化工艺方案在10h内可以使Al、Ti、Nb的残余偏析 指数，降至工程上可接受的0.2以下，而在80h后可使W的残余偏析指数降至0.3附近。此 时，虽然W的残余偏析指数未低于0.2，但此时所获得的组织具有最低的变形抗力。原因在 于此时的组织在光镜下仍然可见残余枝晶，如图4所示。变形时残余的枝晶可以作为再结晶 的形核核心，所以具有较低的变形抗力，有利于开坯的进行。而高于1190℃的温度处理80h 易导致晶粒过度长大和共晶相快速回溶留下的大尺寸孔洞，虽然可以使W的残余偏析指数降 致0.2以下，但由于枝晶完全消失，变形时再结晶缺少形核核心，因此处理后的样品变形抗 力较大，不利于后序开坯的进行。
本发明提供的均匀化工艺处理后的GH4065A合金样品，以将Ti、Nb、Mo的残余偏析指数 降至0.2附近，将W的残余偏析指数降至0.3附近，光镜下可见模糊残余枝晶，电镜下可见 共晶相已回溶，该状态组织对热压缩过程有最低的变形抗力。
实施例一
本发明的实施方式为，将经三联或双联的GH4065A铸锭装入加热炉中，随炉升温，在温 度升至1160℃-1190℃范围时保持温度，加热80h，之后以50-100℃/h的冷却速率降温，直 至600℃将铸锭从炉内取出，空冷至室温。
Claims (4)
1.一种GH4065A镍基高温合金，其特征在于：所述的GH4065A镍基高温合金为一种含下述重量份组分的高温合金，
所述的重量份组分为C：0.03、Cr：16.0、Co：13.0、Fe：1.0、Ti：3.7、Al：3.1、Nb：0.7、Mo：4.0、W：4.0，其余为Ni，
其中，Ti、Nb和Mo元素富集于枝晶间，W元素富集于枝晶干。
2.用于权利要求1所述GH4065A镍基高温合金的均匀化处理工艺，其特征在于：所述的均匀化处理工艺先将GH4065A铸锭在1160℃-1190℃温度范围的加热炉中加热80h，之后以50-100℃/h的冷却速率降温至600℃，接着将铸锭从炉内取出空冷至室温完成GH4065A镍基高温合金的均匀化处理。
3.根据权利要求2所述的均匀化处理工艺，其特征在于：均匀化处理完成后的GH4065A镍基高温合金中Al、Ti、Nb的残余偏析指数δ降至0.2以下，W的残余偏析指数δ降至0.3以下。
4.根据权利要求3所述的均匀化处理工艺，其特征在于：所述的残余偏析指数δ是按下述公式计算获得的，
其中，Cmax和Cmin分别为经均匀化处理后相应合金的最高浓度值和最低浓度值，C0max和C0min分别为原铸态中相应合金的最高浓度值和最低浓度值。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220225 |
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