CN115896435A - 一种改善高温合金环形锻件硬度均匀性的固溶处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料热处理领域，具体涉及一种改善高温合金环形锻件硬度均匀性的固溶处理方法。该方法包括以下步骤：加热成型的高温合金环形锻件，保温第一保温时长后，再炉冷至930‑950℃，保温第二保温时长，出炉后将锻件进行水冷。
Description
技术领域
本发明属于金属材料热处理领域，具体涉及一种改善高温合金环形锻件硬度均匀性的固溶处理方法。
背景技术
GH4099合金是一种时效强化型的镍基高温合金，以Co、W、Mo、Al、Ti等元素综合强化，合金除过基体γ体外，主要有γ＇、Ti(CN)型氮化物和长期时效出现的σ和μ相，而GH4099合金中由γ＇(Ni3[Al、Ti])相沉淀强化所贡献的强度占总强度的45％～64％，其尺寸和形貌对合金的性能有着直接的影响，该合金锻件主要用于航空发动机燃烧室扩散器等高温强度承力件，使用温度可以达到1000℃左右，是目前使用温度较高的一种合金。
目前GH4099环形锻件有固溶态和固溶+时效两种交付状态，固溶+时效态可以满足交付规范要求，不存在问题。但固溶态交付的GH4099环形锻件性能要求极为苛刻，规定：抗拉强度(σb)≥930MPa，硬度(HB)≤300，晶粒度4.5级或更细，其强度指标和硬度指标相互制约，一直存在强度不足或是硬度超标的问题。目前规范要求的GH4099环形锻件固溶热处理制度为：1080～1120℃，未明确规定冷却方式。
我们通过大量的试验和试制发现，GH4099环形锻件固溶热处理后的冷却速度是影响锻件性能的主要因素，因为冷却速度的快慢对强化相γ＇的析出和分布影响很大，经试验，GH4099环形锻件经固溶热处理后散开空冷或者散开风冷均可以满足抗拉强度≥930MPa的要求，但硬度HB也大于300，不满足交付技术要求；水冷或者油冷则满足硬度HB≤300的要求，但抗拉强度小于930MPa，且环形锻件的硬度均匀性很差，经常出现上下面硬度HB相差70以上，导致锻件各部分的性能差距大，经常出现一根合格一根不合格的情况，现场很难控制硬度的均匀性。
发明内容
本发明的目的是：寻找一种改善高温合金环形锻件硬度均匀性的固溶处理方法，保证锻件硬度的均匀性和合适的硬度值是解决锻件强度和硬度相互制约的根本途径。
本发明涉及一种改善高温合金环形锻件硬度均匀性的固溶处理方法，包括以下步骤：
本发明提供一种改善高温合金环形锻件硬度均匀性的固溶处理方法，包括以下步骤：
加热成型的高温合金环形锻件，保温第一保温时长后，再炉冷至930-950℃，保温第二保温时长，出炉后将锻件进行水冷。
所述第一保温时长在60min～120min内。
所述第二保温时长在60min～120min内。
GH4099合金环形锻件的有效厚度厚度越大，所述第一保温时长或第二保温时长越长。
出炉后需在45～60s以内进行水冷。
水冷温度范围为10-40℃。
高温合金锻件为GH4099合金环形锻件。
有益效果：本发明提供一种改善高温合金环形锻件硬度均匀性的固溶处理方法，通过本发明处理的GH4099合金环形锻件，可以确保锻件各处的硬度值均匀且满足抗拉强度≥930MPa的要求，也不会影响锻件的晶粒度，解决现有工艺中因锻件硬度不均匀造成的抗拉强度不够或者硬度超标的问题，且操作简便。
附图说明
图1为本发明试验过程提供的热处理后的GH4099合金环形锻件的显微组织示意图；
图2为实施例一GH4099合金环形锻件按本发明处理后的显微组织示意图；
图3为实施例二GH4099合金环形锻件按本发明处理后的显微组织示意图。
具体实施方式
本发明提供的GH4099合金环形锻件固溶处理方法，包括：
第一步：将GH4099合金环形锻件加热至1100℃，保温第一保温时长，到基体γ相的单相区并保温一段时间，使得强化相γ＇和碳化物等在基体中溶解后然后快速冷却处理，以得到过饱和固溶体的过程。
GH4099合金锻件技术规范要求锻件固溶温度为1080～1120℃。经过前期试制，1080℃固溶晶粒度可能超过6级，还会出现晶粒未再结晶的情形，此时容易出现硬度HB超过300的情况，造成抗拉强度偏高而持久强度偏低的情况；而1120℃固溶锻件晶粒度可能粗于4.5级，也不满足技术要求，所以固溶温度确定为1100℃。
GH4099材料的强化相γ＇的析出温度范围为720～950℃，而析出峰值为800～850℃，晶界属于薄弱环节，强化相会优先在晶界析出，此时，硬度的均匀性受组织影响大，固溶保温结束后锻件各处晶粒度不能完全一致，此时强化相的析出也不能保证各处均匀，尤其是直接水冷时这种情况更明显，表现出来就是晶粒细的地方γ＇相析出多，硬度硬，稍粗的地方γ＇少，硬度软。在γ＇的析出区间720～950℃范围内水的冷却速率可以达到100℃/s，有资料表明此时γ＇相的析出含量仅为8％～10％左右，硬度软，难以满足抗拉强度≥930MPa的技术要求。
结合前期工艺试验，也排除了空冷、风冷、油冷的固溶冷却方式，考虑将GH4099合金环形锻件在1100℃固溶保温结束后炉冷一段时间至930～950℃，一来可以使得晶粒各部分均匀，有利于改善硬度均匀性，另一方面也可以在炉冷过程中析出一部分γ＇相以提高硬度。经过试验和试制，此种方案简单可行，硬度均匀且强度有很大富裕量，解决了抗拉强度和硬度相互制约的问题。试验结果见表1和图1，晶粒度为4.5级。
综上所述，本发明通过综合考虑热处理加热温度、保温时间、冷却方式等参数对合金组织和性能的影响，规定了GH4099合金环形锻件固溶热处理工艺参数，能够通过参数控制使GH4099合金环形获得细于4.5级的晶粒度，锻件各处硬度很均匀有很大富裕量，并且得到满足规范要求的较高的抗拉强度工艺简单稳定，操作方便，适用于工业化生产。
实施例一
本实施例中，采用外形尺寸为Φ420×Φ307×82的GH4099合金环形件，其有效厚度为：56.5mm。固溶热处理制度为：1100℃保温90min，水冷，转移时间52s。固溶后理化性能数据见表2，抗拉强度不合格。
表2
对锻件重新固溶，1100℃保温90min，炉冷至950℃保温90min，出炉水冷，转移时间55s。返修后的数据见表3。
表3
强度硬度均合格均匀且有较大富余量。晶粒度5级，显微组织见图2。
实施例二
本实施例中，采用外形尺寸为Φ390×Φ328×42的GH4099合金环形件，其有效厚度为：31mm。固溶热处理制度为：1100℃保温60min，水冷，转移时间48s。固溶后理化性能数据见表4，抗拉强度不合格。
表4
对锻件重新固溶，1100℃保温60min，炉冷至940℃保温60min，出炉水冷，转移时间48s。返修后的数据见表5。
表5
强度硬度均合格均匀且有较大富余量。晶粒度4.5级，显微组织见图3。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种改善高温合金环形锻件硬度均匀性的固溶处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
加热成型的高温合金环形锻件，保温第一保温时长后，再炉冷，保温第二保温时长，出炉后将锻件进行水冷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一保温时长在60min～120min内。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二保温时长在60min～120min内。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，GH4099合金环形锻件的有效厚度厚度越大，所述第一保温时长或第二保温时长越长。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，炉冷至930-950℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，出炉后需在45～60s以内进行水冷。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，水冷温度范围为10-40℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，高温合金锻件为GH4099合金环形锻件。
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