CN115449725A - 一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法 - Google Patents

一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法。它将镍基高温合金棒料依次进行固溶热处理和时效热处理；固溶热处理为：炉温升温至950～1000℃时，镍基高温合金棒料进炉，并950～1000℃保温时间115～125分钟；随后镍基高温合金棒料出炉冷却；时效热处理为：0Cr15Ni70Ti3AlNb（GH4145）合金棒料室温进炉，随炉升温，升温速度控制在5～6℃/min，将炉温升温至690～705℃，并在690～705℃保温时间155～165分钟；镍基高温合金棒料出炉冷却。本发明中的热处理方法提高了材料的冲击韧性，拉伸性能良好，合金材料晶粒度满足≥4.0级要求，也满足晶间腐蚀要求。

Description

一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法
技术领域
本发明涉及镍基高温合金材料领域，具体涉及一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法。
背景技术
Cr15Ni70Ti3AlNb(GH4145)是一种通过Al、Ti时效形成γ"[Ni3(Al、Ti、Nb)]相进行时效强化的镍基难变形高温合金合金，在980℃以下具有良好的耐腐蚀和抗氧化性能，800℃以下具有较高的强度，540℃以下具有较好的耐松弛性能，同时还具有良好的焊接性能。该合金主要应用于航空航天和海装舰船上，在800℃以下工作并要求强度较高的耐松弛的平面弹簧和螺旋弹簧，还可用于制造气轮机涡轮叶片等零件。由于该合金应用于航空航天和海装舰船上使用，其服役环境有抗腐蚀的要求，因此需要做晶间腐蚀检验；并且将该合金制作弹簧产品，要承受反复的交变冲击载荷，晶粒度细化均匀，对可提高材料的综合机械性能，因此需要有晶粒度和冲击功的要求。
目前该合金在国内生产，其常规热处理工艺有以下两种：
1、1100℃±10℃×1小时水淬+825℃×4小时炉冷+705℃×4小时炉冷。
2、1030℃±10℃，0.5～3小时，水淬+690℃±10℃，12～16小时，空冷。
通过上述热处理后棒材、锻件等的力学性能要求满足下表1要求。
表1材料的力学性能
Figure BDA0003791793860000011
注：若无法取横向试样，才允许取纵向试样。
但是，按照上述两种常规热处理工艺，几乎不能满足U型冲击功AKU≥90J的要求，同时，当固溶温度超过1080℃后，其晶粒度无法满足≥4级的要求。采用上述热处理工艺，U型冲击功AKU实际水平在60～70J。
本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：
1、现有技术中的Cr15Ni70Ti3AlNb材料的U型冲击功不能满足AKU≥90J的要求；
2、现有技术中的Cr15Ni70Ti3AlNb材料，固溶热处理+时效热处理以后，材料的晶间腐蚀性能不能满足GB/T15260第三篇中经H2SO4+CUSO4溶液腐蚀后，弯曲试样应无晶间腐蚀倾向的要求。
3、现有技术中的Cr15Ni70Ti3AlNb材料，当固溶温度超过1080℃，其晶粒度无法满足≥4级的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，以解决现有技术中的Cr15Ni70Ti3AlNb材料不能满足冲击功、弯曲试样无晶间腐蚀倾向以及晶粒度要求的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，将镍基高温合金棒料依次进行固溶热处理和时效热处理；其中，
所述固溶热处理为：炉温升温至950～1000℃时，镍基高温合金棒料进炉，并在950～1000℃保温115～125分钟；随后镍基高温合金棒料出炉冷却；
所述时效热处理为：镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，升温速度控制在5～6℃/min，将炉温升温至690～705℃，并在690～705℃保温155～165分钟；镍基高温合金棒料出炉冷却。
进一步的，在固溶热处理中，炉温升温至960～990℃时，镍基高温合金棒料进炉，并960℃～990℃保温118～122分钟；随后镍基高温合金棒料出炉冷却。
进一步的，在固溶热处理中，炉温升温至970～980℃时，镍基高温合金棒料进炉，并975℃保温120分钟；随后镍基高温合金棒料出炉冷却。
4.根据权利要求1所述的提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，其特征在于，在固溶热处理中，镍基高温合金棒料出炉后采用水淬快速冷却。
进一步的，在时效热处理中，镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，升温速度控制在5.2～5.8℃/min，将炉温升温至692℃～702℃，并在692℃～702℃保温158～162分钟；镍基高温合金棒料出炉。
进一步的，在时效热处理为中，镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，升温速度控制在5.5℃/min，将炉温升温至695℃～700℃，并在695℃～700℃保温160分钟；镍基高温合金棒料出炉。
进一步的，在时效热处理中，镍基高温合金棒料出炉后采用空冷。
进一步的，所述镍基高温合金为0Cr15Ni70Ti3AlNb合金。
进一步的，所述镍基高温合金棒料的直径为30mm。
基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：
本发明提供的提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，可生产出满足AKU≥90J的高抗冲击要求的难变形0Cr15Ni70Ti3AlNb(GH4145)镍基合金材料；合金材料的20℃室温拉伸性能和350℃高温拉伸性能完全满足用户技术要求；合金材料晶粒度完全满足≥4.0级要求；合金材料按GB/T15260标准B法(铜-硫酸铜-16％硫酸试验)和GB/T4334标准表6进行的晶间腐蚀试验结果完全满足弯曲180度无晶腐裂纹的要求。
具体实施方式
一、实施例：
下述实施例1-实施例10中，镍基高温合金棒料均为0Cr15Ni70Ti3AlNb(GH4145)合金棒料。
实施例1：
一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，将直径为30mm的镍基高温合金棒料依次进行固溶热处理和时效热处理；其中，
所述固溶热处理为：炉温升温至950～955℃时，镍基高温合金棒料进炉，并在温度为950～955℃保温125分钟；随后镍基高温合金棒料立即出炉，2分钟内水淬快速冷却；
所述时效热处理为：镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，升温速度控制在5℃/min，将炉温升温至695～700℃，并在温度为695～700℃保温160分钟；镍基高温合金棒料出炉空冷。
实施例2：
一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，将直径为30mm的镍基高温合金棒料依次进行固溶热处理和时效热处理；其中，
所述固溶热处理为：炉温升温至955～960℃时，镍基高温合金棒料进炉，并在温度为955～960℃保温122分钟；随后镍基高温合金棒料立即出炉，2分钟内水淬快速冷却；
所述时效热处理为：镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，升温速度控制在6℃/min，将炉温升温至695～700℃，并在温度为695～700℃保温160分钟；镍基高温合金棒料出炉空冷。
实施例3：
一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，将直径为30mm的镍基高温合金棒料依次进行固溶热处理和时效热处理；其中，
所述固溶热处理为：炉温升温至960～965℃时，镍基高温合金棒料进炉，并在温度为960～965℃保温120分钟；随后镍基高温合金棒料立即出炉，2分钟内水淬快速冷却；
所述时效热处理为：镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，升温速度控制在5.2℃/min，将炉温升温至695～700℃，并在温度为695～700℃保温160分钟；镍基高温合金棒料出炉空冷。
实施例4：
一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，将直径为30mm的镍基高温合金棒料依次进行固溶热处理和时效热处理；其中，
所述固溶热处理为：炉温升温至965～970℃时，镍基高温合金棒料进炉，并在温度为965～970℃保温118分钟；随后镍基高温合金棒料立即出炉，2分钟内水淬快速冷却；
所述时效热处理为：镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，升温速度控制在5.5℃/min，将炉温升温至692～698℃，并在温度为692～698℃保温160分钟；镍基高温合金棒料出炉空冷。
实施例5：
一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，将直径为30mm的镍基高温合金棒料依次进行固溶热处理和时效热处理；其中，
所述固溶热处理为：炉温升温至975～980℃时，镍基高温合金棒料进炉，并在温度为975～980℃保温115分钟；随后镍基高温合金棒料立即出炉，2分钟内水淬快速冷却；
所述时效热处理为：镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，升温速度控制在5.8℃/min，将炉温升温至690～695℃，并在温度为690～695℃保温165分钟；镍基高温合金棒料出炉空冷。
实施例6：
一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，将直径为30mm的镍基高温合金棒料依次进行固溶热处理和时效热处理；其中，
所述固溶热处理为：炉温升温至985～990℃时，镍基高温合金棒料进炉，并在温度为985～990℃保温117分钟；随后镍基高温合金棒料立即出炉，2分钟内水淬快速冷却；
所述时效热处理为：镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，升温速度控制在6℃/min，将炉温升温至700～705℃，并在温度为700～705℃保温155分钟；镍基高温合金棒料出炉空冷。
实施例7：
一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，将直径为30mm的镍基高温合金棒料依次进行固溶热处理和时效热处理；其中，
所述固溶热处理为：炉温升温至995～1000℃时，镍基高温合金棒料进炉，并在温度为995～1000℃保温120分钟；随后镍基高温合金棒料立即出炉，2分钟内水淬快速冷却；
所述时效热处理为：镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，升温速度控制在5℃/min，将炉温升温至695～700℃，并在温度为695～700℃保温160分钟；镍基高温合金棒料出炉空冷。
实施例8：
一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，将直径为30mm的镍基高温合金棒料依次进行固溶热处理和时效热处理；其中，
所述固溶热处理为：炉温升温至970～975℃时，镍基高温合金棒料进炉，并在温度为970～975℃保温123分钟；随后镍基高温合金棒料立即出炉，2分钟内水淬快速冷却；
所述时效热处理为：镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，升温速度控制在5.5℃/min，将炉温升温至695～700℃，并在温度为695～700℃保温160分钟；镍基高温合金棒料出炉空冷。
实施例9：
一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，将直径为30mm的镍基高温合金棒料依次进行固溶热处理和时效热处理；其中，
所述固溶热处理为：炉温升温至975～980℃时，镍基高温合金棒料进炉，并在温度为975～980℃保温120分钟；随后镍基高温合金棒料立即出炉，2分钟内水淬快速冷却；
所述时效热处理为：镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，升温速度控制在5℃/min，将炉温升温至700～705℃，并在温度为700～705℃保温155分钟；镍基高温合金棒料出炉空冷。
实施例10：
一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，将直径为30mm的镍基高温合金棒料依次进行固溶热处理和时效热处理；其中，
所述固溶热处理为：炉温升温至980～985℃时，镍基高温合金棒料进炉，并在温度为980～985℃保温120分钟；随后镍基高温合金棒料立即出炉，2分钟内水淬快速冷却；
所述时效热处理为：镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，升温速度控制在5℃/min，将炉温升温至690～695℃，并在温度为690～695℃保温165分钟；镍基高温合金棒料出炉空冷。
二、对比例：
对比例1：
将直径为30mm的镍基高温合金棒料依次进行下述热处理：
①炉温升温至1100℃±10℃，镍基高温合金棒料进炉，并在温度为1100℃±10℃保温60min，随后镍基高温合金棒料出炉，水淬冷却；
②镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，将炉温升温至825℃并在825℃保温240min，随后炉冷；
③随炉升温，将炉温升温至705℃并在705℃保温240min，随后炉冷。
对比例2：
将直径为30mm的镍基高温合金棒料依次进行下述热处理：
①炉温升温至1030℃±10℃，镍基高温合金棒料进炉，并在温度为1030℃±10℃保温30～180分钟，随后镍基高温合金棒料出炉，水淬冷却；
②镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，将炉温升温至690℃±10℃，并在温度为690℃±10℃保温12～16小时，镍基高温合金棒料出炉空冷。
三、实验例：
1、检测实施例1-10以及对比例1-2中热处理后镍基高温合金棒料的拉伸性能
(1)检测标准
按GB/T228.1、GB/T4338标准进行20℃和350℃拉伸性能检测,
(2)实施例1-10以及对比例1-2中热处理后镍基高温合金棒料进行拉伸性能检测时，均取样两次，检测两次，检测结果如下表2和表3所示。
表2 20℃拉伸性能检测结果
Figure BDA0003791793860000071
Figure BDA0003791793860000081
表3 350℃拉伸性能检测结果
σ<sub>b</sub>(MPa) σ<sub>0.2</sub>(MPa) δ<sub>5</sub>(％) ψ(％)
检测指标 ≥1000 ≥630 ≥24 ≥26
实施例1 1032/1033 675/670 36/31 51/46
实施例2 1035/1038 670/664 30/31 48/44
实施例3 1040/1035 672/674 35/31 50/47
实施例4 1038/1035 672/674 38/32 47/48
实施例5 1032/1030 661/658 34/35 52/47
实施例6 1036/1035 670/668 35/32 54/43
实施例7 1036/1032 675/660 33/36 42/51
实施例8 1030/1031 661/658 38/37 48/47
实施例9 1031/1032 651/658 39/39 51/48
实施例10 1032/1038 661/668 41/38 50/47
对比例1 1033/1035 661/658 25/25 44/45
对比例2 1032/1031 651/650 24/26 43/45
2、实施例1-10以及对比例1-2中热处理后镍基高温合金棒料的冲击功检测
(1)检测标准
按GB/T229标准进行U型和V型冲击功检测，采用夏比冲击试验机，摆锤冲击检测。
(2)实施例1-10以及对比例1-2中热处理后镍基高温合金棒料进行冲击功检测时，每组进行三个冲击值，检测结果，如下表4所示。
表4冲击功检测结果
Figure BDA0003791793860000091
3、实施例1-10以及对比例1-2中热处理后的镍基高温合金棒料的晶粒度检测
(1)检测标准
按GB/T6394进行晶粒度检测。
(2)检测结果，如下表5所示
表5晶粒度检测结果
晶粒度(在同一视场下的晶粒度实际范围值，级)
≥4
实施例1 6.5-7.5
实施例2 6.5-7.5
实施例3 6.5-7.5
实施例4 6.5-7.5
实施例5 6.0-7.0
实施例6 6.5-7.5
实施例7 6.5-7.5
实施例8 6.5-7.5
实施例9 6.5-7.5
实施例10 6.5-7.5
对比例1 2.0-3.0
对比例2 4.0-5.0
4、实施例1-10以及对比例1-2中热处理后的镍基高温合金棒料的晶间腐蚀性能试验
(1)检测标准
按GB/T15260标准B法(铜-硫酸铜-16％硫酸试验)和GB/T4334标准，应无晶间腐蚀倾向
(2)检测结果，如下表6所示
表6晶间腐蚀检测结果
晶间腐蚀检测结果
实施例1 无晶间腐蚀倾向
实施例2 无晶间腐蚀倾向
实施例3 无晶间腐蚀倾向
实施例4 无晶间腐蚀倾向
实施例5 无晶间腐蚀倾向
实施例6 无晶间腐蚀倾向
实施例7 无晶间腐蚀倾向
实施例8 无晶间腐蚀倾向
实施例9 无晶间腐蚀倾向
实施例10 无晶间腐蚀倾向
对比例1 有晶间腐蚀裂纹
对比例2 有晶间腐蚀裂纹
由表2、表3、表4、表5和表6可知，本发明实施例1-10中热处理后的材料的冲击韧性、拉伸性能以及晶粒度完全能满足表1的性能要求，晶间腐蚀也满足按GB/T15260标准B法(铜-硫酸铜-16％硫酸试验)和GB/T4334标准检测的要求。

Claims (9)

1.一种提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，其特征在于，将镍基高温合金棒料依次进行固溶热处理和时效热处理；其中，
所述固溶热处理为：炉温升温至950～1000℃时，镍基高温合金棒料进炉，并在950～1000℃保温115～125分钟；随后镍基高温合金棒料出炉冷却；
所述时效热处理为：镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，升温速度控制在5～6℃/min，将炉温升温至690～705℃，并在690～705℃保温155～165分钟；镍基高温合金棒料出炉冷却。
2.根据权利要求1所述的提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，其特征在于，在固溶热处理中，炉温升温至960～990℃时，镍基高温合金棒料进炉，并960℃～990℃保温118～122分钟；随后镍基高温合金棒料出炉冷却。
3.根据权利要求1所述的提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，其特征在于，在固溶热处理中，炉温升温至970～980℃时，镍基高温合金棒料进炉，并975℃保温120分钟；随后镍基高温合金棒料出炉冷却。
4.根据权利要求1所述的提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，其特征在于，在固溶热处理中，镍基高温合金棒料出炉后采用水淬快速冷却。
5.根据权利要求1所述的提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，其特征在于，在时效热处理中，镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，升温速度控制在5.2～5.8℃/min，将炉温升温至692℃～702℃，并在692℃～702℃保温158～162分钟；镍基高温合金棒料出炉。
6.根据权利要求1所述的提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，其特征在于，在时效热处理为中，镍基高温合金棒料室温进炉，随炉升温，升温速度控制在5.5℃/min，将炉温升温至695℃～700℃，并在695℃～700℃保温160分钟；镍基高温合金棒料出炉。
7.根据权利要求1所述的提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，其特征在于，在时效热处理中，镍基高温合金棒料出炉后采用空冷。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，其特征在于，所述镍基高温合金为0Cr15Ni70Ti3AlNb合金。
9.根据权利要求1-7中任意一项所述的提高镍基高温合金材料冲击韧性的热处理方法，其特征在于，所述镍基高温合金棒料的直径为30mm。
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