CN114381678B - 一种gh5188高温合金材料及热处理方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种GH5188高温合金材料及热处理方法和应用，属于金属加工技术领域。该GH5188高温合金钢锭的热处理方法先将GH5188高温合金钢锭垫在铸铁上，再进行升温和保温，最后再进行锻造开坯。该GH5188高温合金钢锭的热处理方法通过缓慢分段升温和扩散退火使得经该方法处理过的GH5188高温合金钢锭的微观组织均匀、热加工性能好，且无碳化物、无元素偏析。

Description

一种GH5188高温合金材料及热处理方法和应用
技术领域
本发明涉及金属加工技术领域，具体而言，涉及一种GH5188高温合金材料及热处理方法和应用。
背景技术
GH5188是固溶强化型钴基高温合金，合金中加入14%的钨固溶强化，使合金具有优良的高温热强性；合金中加入0.02%~0.12%的La和20%~24%的Cr，使合金具有良好的高温抗氧化性能和良好的冷热加工性能，满足航空发动机零部件对合金材料高强度和抗氧化性的要求。该合金在国外广泛应用于制造燃气涡轮及导弹的高温部件，如燃烧室、尾喷管及核能工业中的热交换器等零部件，在国内该合金用于制造航空发动机燃烧室火焰筒和导向叶片等。
但现有技术生产的GH5188合金钢锭存在明显的显微偏析，导致其加工塑性差，无法直接进行开坯。同时，钢锭组织不均匀也不易于在热加工时得到充分破碎，而影响合金的热加工性能。而 GH5188合金冷加工硬化速度快和再结晶温度高的特点将使冷加工过程变得困难，容易产生裂纹等缺陷。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种组织均匀和热加工的性能优异的GH5188高温合金。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下。
一种GH5188高温合金的热处理方法，包括以下步骤：
S1、钢锭摆放：将GH5188高温合金钢锭垫在铸铁上；
S2、一次加热：将GH5188高温合金钢锭升温至580℃~620℃，保温3~5h；
S3、二次加热：将完成所述步骤S2的GH5188高温合金钢锭按1~3℃/min的升温速率升温至930℃~970℃，保温2~3h；
S4、扩散退火：将完成所述步骤S3的GH5188高温合金钢锭进行扩散退火，先将所述GH5188高温合金锭按2~4℃/min的升温速率升温至1180℃~1220℃，保温18~22h；
S5、锻造开坯：将完成所述步骤S4的GH5188高温合金钢锭进行锻造开坯。
与现有技术相比，本发明公开的一种GH5188高温合金的热处理方法，采用缓慢分段升温加热的方式，降低钢锭表面和心部的温差，减少热应力，可以避免材料因热应力造成的开裂风险；通过扩散退火使元素偏析均匀化，并使晶界内的碳化物能回溶晶粒内，使得GH5188高温合金钢锭内部无碳化物、无元素偏析，同时降低材料的变形抗力，增加材料的塑性，提高了GH5188高温合金的热加工性能；最终，使得经该方法处理过的GH5188高温合金钢锭的微观组织均匀、热加工性能好，且GH5188高温合金材料中无碳化物、无元素偏析。
优选地，步骤S2中温度为600℃，保温4小时。通过优化步骤S2中的温度和保温时间，使得工艺条件与GH5188高温合金相适应，可最大化地消除高温合金一次加热过程产生的热应力，最大程度上减少高温合金材料开裂的风险。
优选地，步骤S3中升温速率为2℃/min，温度为950℃，保温2.5h。通过优化步骤S3中的升温速率、保温温度和保温时间，使得工艺条件与GH5188高温合金相适应，可最大化地消除高温合金二次加热过程产生的热应力，最大程度上减少高温合金材料开裂的风险。
优选地，步骤S4中升温速率为3℃/min，温度为1180℃，保温20h。通过优化步骤S4中的工艺参数，可使GH5188高温合金材料内部偏析元素均匀，使GH5188高温合金的具备最佳的热加工性能。
本发明还提供了一种GH5188高温合金材料，由上述热处理方法处理得到。经上述热处理方法处理得到的GH5188高温合金材料微观组织均匀、热加工性能好，且无碳化物、无元素偏析。
本发明还提供了上述GH5188高温合金材料在发动机部件上的应用。将上述GH5188高温合金材料应用在发动机部件上，可提高发动机部件的使用寿命，进而提高发动机运行的稳定性。
优选地，所述发动机部件为燃烧室火焰筒或燃烧室导向叶片。将上述GH5188高温合金材料应用在发动机燃烧室火焰筒或燃烧室导向叶片上，可提高发动机燃烧室火焰筒、燃烧室导向叶片的使用寿命，进而可节约发动机成本。
附图说明
图1为GH5188高温合金热处理方法的热处理工艺曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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。
一种GH5188高温合金的热处理方法，包括以下步骤：
表1 GH5188高温合金的成分
Figure 954052DEST_PATH_IMAGE002
GH5188高温合金热处理工艺曲线如图1所示，图1中T表示温度，T1、T2和T3分别表示一次加热温度、二次加热温度和扩散退火温度；图1中t表示时间，t1、t2、t3、t4分别表示不同阶段所用时间。
S1、钢锭摆放：将GH5188高温合金钢锭垫在250cm*250cm*1000cm的铸铁上，GH5188高温合金的成分如表1所示：
将GH5188高温合金钢锭垫在铸铁上，可保证钢锭加热时受热均匀。
S2、一次加热：将步骤S1中GH5188高温合金钢锭升温至T1：580℃~620℃，保温时间为t1：3~5h；此步骤通过控制温度和保温时间，可消除一次加热升温过程中造成的GH5188高温合金表面和内部的温差，减少一次加热过程中在合金内部形成的热应力。
S3、二次加热：将完成步骤S2的GH5188高温合金锭按1~3℃/min的升温速率，在t2时间内升温至T2：930℃~970℃，保温时间为t3：2~3h；此步骤通过控制升温速率、温度和保温时间，可消除二次加热升温过程中造成的GH5188高温合金表面和内部的温差，减少二次加热过程中在合金内部形成的热应力，并为后续进行扩散退火做准备。
S4、扩散退火：将完成步骤S3的GH5188高温合金锭进行扩散退火，先将GH5188高温合金锭按2~4℃/min的升温速率升温至T3：1180℃~1220℃，保温时间为t4：18~22h；通过优化步骤S4中的工艺参数，可避免由于温度过低而达不到使GH5188高温合金微观组织结构均匀、热加工性能好的目的；避免由于扩散温度过高而损坏GH5188高温合金，避免由于保温时间过程而导致高温合金中晶粒过分长大，而影响高温合金的性能。
S5、铸造开坯：将完成步骤S4的GH5188高温合金锭进行锻造开坯。通过锻造开坯细化钢锭的表面晶粒，增加钢锭的高温塑性。
现有技术相比，本发明公开的一种GH5188高温合金的热处理方法，采用缓慢分段升温加热的方式，降低钢锭表面和心部的温差，减少热应力，可以避免材料因热应力造成的开裂风险；通过扩散退火使元素偏析均匀化，并使晶界内的碳化物能回溶晶粒内，使得GH5188高温合金钢锭内部物碳化物、无元素偏析，同时降低材料的变形抗力，增加材料的塑性，提高了GH5188高温合金的热加工性能；最终，使得经该方法处理过的GH5188高温合金锭的微观组织均匀、热加工性能好，且GH5188高温合金材料中无碳化物、无元素偏析。
实施例1
S1. 钢锭摆放：将直径360mm GH5188高温合金钢锭垫250*250*1000的铸铁上；
S2. 一次加热：将步骤S1中GH5188高温合金锭按升温至600℃，保温4h；
S3.二次加热：将完成步骤S2的GH5188高温合金锭按1.67℃/min的升温速率升温至950℃，保温2.5h；
S4. 扩散退火：将完成步骤S3的GH5188高温合金锭进行扩散退火，先将GH5188高温合金锭按2.5℃/min的升温速率升温至1180℃，保温20h；
S5、铸造开坯：将完成步骤S4的GH5188高温合金锭进行锻造开坯。
经热处理后的GH5188高温合金材料经超声波探伤合格，金相分析，无碳化物，无元素偏析。
实施例2
S1. 钢锭摆放：将直径300mm GH5188高温合金钢锭垫250*250*1000的铸铁上；
S2. 一次加热：将步骤S1中GH5188高温合金锭按升温至580℃，保温5h；
S3. 二次加热：将完成步骤S2的GH5188高温合金锭按1℃/min的升温速率升温至970℃，保温3h；
S4. 扩散退火：将完成步骤S3的GH5188高温合金锭进行扩散退火，先将GH5188高温合金锭按2℃/min的升温速率升温至1220℃，保温22h；
S5、铸造开坯：将完成步骤S4的GH5188高温合金锭进行锻造开坯。
经热处理后的GH5188高温合金材料经超声波探伤合格，金相分析，无碳化物，无元素偏析。
实施例3
S1. 钢锭摆放：将直径360mm GH5188高温合金钢锭垫250*250*1000的铸铁上；
S2. 一次加热：将步骤S1中GH5188高温合金锭按升温至620℃，保温3h；
S3. 二次加热：将完成步骤S2的GH5188高温合金锭按3℃/min的升温速率升温至930℃，保温2h；
S4. 扩散退火：将完成步骤S3的GH5188高温合金锭进行扩散退火，先将GH5188高温合金锭按2℃/min的升温速率升温至1180℃，保温18h；
S5、铸造开坯：将完成步骤S4的GH5188高温合金锭进行锻造开坯。
经热处理后的GH5188高温合金材料经超声波探伤合格，金相分析，无碳化物，无元素偏析。
本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种GH5188高温合金的热处理方法，包括以下步骤：
S1、钢锭摆放：将GH5188高温合金钢锭垫在铸铁上；
S2、一次加热：将GH5188高温合金钢锭升温至580℃~620℃，保温3~5h；
S3、二次加热：将完成所述步骤S2的GH5188高温合金钢锭按1~3℃/min的升温速率升温至930℃~970℃，保温2~3h；
S4、扩散退火：将完成所述步骤S3的GH5188高温合金钢锭进行扩散退火，先将所述GH5188高温合金锭按2~4℃/min的升温速率升温至1160℃~1200℃，保温18~22h；
S5、锻造开坯：将完成所述步骤S4的GH5188高温合金钢锭进行锻造开坯。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述步骤S2中温度为600℃，保温4小时。
3.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述步骤S3中升温速率为2℃/min，温度为950℃，保温2.5h。
4.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述步骤S4中升温速率为3℃/min，温度为1180℃，保温20h。
5.一种GH5188高温合金材料，其特征在于，采用如权利要求1所述的GH5188高温合金的热处理方法热处理后得到。
6.如权利要求5所述的GH5188高温合金材料在发动机部件上的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述发动机部件为燃烧室火焰筒或燃烧室导向叶片。
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