CN118291894A - Gh4151合金棒材及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料制造领域，具体涉及一种GH4151合金棒材及其制备方法与应用。该方法包括以下步骤：（1）将GH4151合金铸锭进行均匀化热处理，得到热处理棒材；（2）将所述热处理棒材进行锻造处理，得到锻造棒材；（3）将所述锻造棒材进行热轧处理，得到热轧棒材；（4）将所述热轧棒材进行固溶处理，得到固溶棒材；（5）将所述固溶棒材进行冷拔处理，得到冷拔棒材；（6）将所述冷拔棒材进行时效处理，得到GH4151合金棒材。本发明制得的GH4151合金棒材，能够有效细化晶粒，提高表面尺寸精度，提高制得的GH4151合金棒材的抗拉强度，具有优异的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于金属材料制造领域，具体涉及一种GH4151合金棒材及其制备方法与应用。
背景技术
GH4151合金是最新研发的难变形镍基高温合金，GH4151合金服役温度可达到800℃，可以用于航空发动机或地面燃气轮机用各类紧固件。目前仅有关于GH4151合金锻件用大规格棒材冶炼、锻造开坯的专利，缺乏关于GH4151合金紧固件用小规格棒材（直径Φ5-Φ40mm）成分、工艺、性能的专利。
现有技术在制备GH4151紧固件用小规格棒材时常采用均匀化退后-开坯处理-锻后热处理的方式，制备得到的GH4151小规格合金棒材的晶粒度和力学性能不能满足实际应用条件的使用要求。因此，需要一种能够有效均匀GH4151小规格合金棒材（直径Φ5-Φ40mm）的晶粒度和提高其力学性能的制备方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的GH4151小规格棒材晶粒度和高服役温度下力学性能不能满足要求的问题，提供一种GH4151合金棒材及其制备方法与应用，制得的GH4151合金棒材细晶组织均匀，抗拉强度高，具有优异的力学性能。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种GH4151合金棒材的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：
（1）将GH4151合金铸锭进行均匀化热处理，得到热处理棒材；
（2）将所述热处理棒材进行锻造处理，得到锻造棒材；
（3）将所述锻造棒材进行热轧处理，得到热轧棒材；
（4）将所述热轧棒材进行固溶处理，得到固溶棒材；
（5）将所述固溶棒材进行冷拔处理，得到冷拔棒材；
（6）将所述冷拔棒材进行时效处理，得到GH4151合金棒材。
优选地，所述热轧处理的温度为1100-1200℃，优选为1130-1180℃。
优选地，所述热轧变形量为20-50%，优选为30-40%。
优选地，所述冷拔处理的条件为：将所述固溶棒材以5-20mm/s的拉拔速度进行冷拔，优选为10-15mm/s。
优选地，所述冷拔变形量为10-50%，优选为20-40%。
本发明第二方面提供由第一方面所述的制备方法得到的GH4151合金棒材；
优选地，所述GH4151合金棒材晶粒度不低于8级，室温抗拉强度高于1810MPa，800℃抗拉强度高于1020MPa，800℃/500MPa持久寿命大于28h。
本发明第三方面提供第二方面所述的GH4151合金棒材在航空发动机和/或地面燃气轮机紧固件中的应用。
通过上述技术方案，本发明所取得的有益效果如下：
本发明制得的GH4151合金棒材，通过特殊的处理方式，能够有效细化晶粒，提高表面尺寸精度，提高制得的GH4151合金棒材的抗拉强度，使其具有优异的力学性能，可以满足航空发动机与地面燃气轮机紧固件生产研制需求。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的GH4151合金棒材高倍金相组织照片。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种GH4151合金棒材的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：
（1）将GH4151合金铸锭进行均匀化热处理，得到热处理棒材；
（2）将所述热处理棒材进行锻造处理，得到锻造棒材；
（3）将所述锻造棒材进行热轧处理，得到热轧棒材；
（4）将所述热轧棒材进行固溶处理，得到固溶棒材；
（5）将所述固溶棒材进行冷拔处理，得到冷拔棒材；
（6）将所述冷拔棒材进行时效处理，得到GH4151合金棒材。
本发明制得的GH4151合金棒材，棒材直径范围为Φ5-Φ40mm，通过上述特殊的处理方式，能够有效细化晶粒，提高表面尺寸精度，提高制得的GH4151合金棒材的抗拉强度，使其具有优异的力学性能。
本发明中，所述小规格GH4151合金棒材具有本领域常规释义，指的是GH4151合金棒材直径范围为Φ5-Φ40mm。与GH4151合金大规格棒材（直径大于60mm）相比，本发明涉及的GH4151合金小规格棒材主要应用于紧固件制造领域，棒材制备工艺中包含冷拔处理工序，棒材尺寸精度和表面质量更高，制备得到的GH4151合金棒材室温抗拉强度高于1810MPa，优选高于2000MPa，同时，800℃抗拉强度高于1020MPa，800℃/500MPa持久寿命大于20h。
本发明中对GH4151合金铸锭的制备方式不做特殊的限定，该GH4151合金铸锭由本领域的常规方法获得即可，例如GH4151合金铸锭由真空感应熔炼+真空自耗重熔的两联冶炼方法制备Φ406mm铸锭，或者由真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔+真空自耗重熔的三联冶炼方法制备Φ508mm铸锭。
本发明中对GH4151合金铸锭的形状不做特殊的限定，只要能够满足制备方法的要求即可，例如GH4151合金铸锭为圆柱形或长方体；优选地GH4151合金铸锭为圆柱形。
本发明中，所述制备方法对小规格GH4151合金棒材进行处理，相较于常规的大规格GH4151合金棒材，具有强度要求高、表面质量控制难度大、尺寸精度控制难度大的技术难题，对热轧和冷拔工艺参数控制提出较高要求。
根据本发明，优选地，所述均匀化热处理的过程包括：
（1-1）将所述GH4151合金铸锭在1120-1140℃的条件下，保温30-50h；
（1-2）以6-10℃/min速度升温至1150-1170℃，保温20-40h；
（1-3）以6-10℃/min速度升温至1180-1210℃，保温20-40h，以2-5℃/min速度降温至500℃以下。
本发明中，所述均匀化热处理的设备没有特别限定，本领域技术人员能够根据需要进行适应性选择，优选地，所述均匀化热处理在空气炉中进行。优选地，步骤（1-1）中所述GH4151合金铸锭以6-10℃/min的升温速度，从2-40℃升温至1120-1140℃。
本发明中，优选地，所述热处理棒材的降温采用随炉冷却，所称的随炉冷却是指：棒材在炉中随炉温降低而冷却，下同不再赘述。更优选地，所述热处理棒材出炉后，覆盖石棉空冷。所述空冷指的是：棒材在大气中进行冷却。
本发明中，优选地，在上述条件下进行均匀化热处理，能够消除偏析，使合金铸锭中成分分布更加均匀，同时，可以消除低熔点相，提高合金力学性能。
根据本发明，优选地，所述锻造处理的条件包括：
（2-1）将所述热处理棒材进行镦粗处理，得到镦粗铸锭；
（2-2）将所述镦粗铸锭进行拔长开坯，得到拔长铸锭。
根据本发明，优选地，所述镦粗处理包括如下步骤：将所述热处理棒材，以5-10℃/min的升温速度，从2-40℃升温至1150-1180℃，保温10-20h。
更优选地，将所述热处理棒材，以6-8℃/min的升温速度，从20-30℃升温至1150-1180℃，保温15-20h。
根据本发明，优选地，所述镦粗处理的下压速度为10-40mm/min，优选为20-40mm/min，镦粗变形量为30-60%，得到镦粗铸锭。
本发明中所称的变形量是指：加工变形前后坯料沿变形方向尺寸的变化量，下同不再赘述。
本发明中，优选地，在上述条件下进行镦粗处理，能够破碎树枝晶，促进等轴晶形成，细化晶粒组织。
根据本发明，优选地，所述拔长开坯包括以下步骤：
将所述镦粗铸锭在1150℃-1180℃，保温20-30h ，优选为25-30h，所述拔长开坯的下压速度为20-50mm/min ，优选为30-40mm/min，拔长变形量为30-60%，得到拔长铸锭。
本发明中，优选地，在上述条件下进行拔长开坯，能够进一步促进等轴晶细化，优化晶粒组织，提高力学性能。
根据本发明，优选地，所述锻造处理的终锻温度不低于1050℃。
根据本发明，优选地，所述锻造处理进行8-12次，得到所述锻造棒材。
本发明中，所述锻造处理的设备没有特别限定，本领域技术人员能够根据需要进行适应性选择，优选地，所述锻造处理在4500-8000t快锻机上进行，得到Φ120-Φ150mm的锻造棒材。
根据本发明，优选地，所述热轧处理的温度为1100-1200℃，优选为1130-1180℃。
根据本发明，优选地，所述热轧变形量为20-50%，优选为30-40%。
根据本发明，优选地，所述热轧处理进行5-8道次。
本发明中，所述热轧处理的设备没有特别限定，本领域技术人员能够根据需要进行适应性选择，优选地，所述热轧处理在热连轧机组中进行，制备Φ16-Φ40mm热轧棒材。
本发明中，优选地，所述热轧处理的终轧温度不低于1000℃，棒材表面包裹石棉以减少温度降低。
本发明中，在上述条件下热轧处理能够细化晶粒，提高棒材表面尺寸精度。
根据本发明，优选地，所述固溶处理包括以下步骤：将所述热轧棒材从300-500℃，升温至1080-1180℃，升温速度为5-10℃/min，保温2-8h后冷却至室温。
本发明中，所述固溶处理的冷却方式没有特别限定，本领域技术人员能够根据需要进行适应性选择，优选地，采用空冷或油冷的方式。
本发明中，在上述条件下进行固溶处理，能够提高最终制得的GH4151合金棒材的抗拉强度。
根据本发明，优选地，所述冷拔处理的条件为：将所述固溶棒材以5-20mm/s的拉拔速度进行冷拔，优选地，冷拔速度为10-15mm/s。
根据本发明，优选地，所述冷拔变形量为10-50%，优选为20-40%。
根据本发明，优选地，所述冷拔处理进行5-8道次。
本发明中，所述冷拔处理的设备没有特别限定，本领域技术人员能够根据需要进行适应性选择，优选地，所述冷拔处理在15t-60t单链式或双链式拉拔机上进行，得到Φ5-Φ40mm的冷拔棒材，所述冷拔处理在室温下进行。
本发明中，优选地，在进行冷拔处理的过程中，在棒材表面涂抹润滑剂，所述润滑剂可以为本领域常规的润滑剂，例如硫酸锂基润滑脂。
本发明中，在上述条件下进行冷拔处理，能够提高GH4151合金棒材的抗拉强度，使棒材的室温抗拉强度高于1810MPa 优选高于2000MPa，800℃抗拉强度高于1020MPa，800℃/500MPa持久寿命大于20h。
根据本发明，优选地，所述时效处理包括以下步骤：
（6-1）将所述冷拔棒材从100-300℃升温至770-870℃，升温速度为2-5℃/min，保温8-16h后冷却至室温，得到第一次时效处理棒材；
（6-2）将所述第一次时效处理棒材从100-300℃升温至620-760℃，升温速度为2-5℃/min，保温8-16h后冷却至室温。
本发明中，优选地，在上述条件下进行时效处理，能够有效调控合金棒材中γ′相尺寸在2-10微米，形状为球状和/或椭球形，呈弥散分布，提高合金高温力学性能。
根据本发明，优选地，基于所述GH4151合金铸锭总质量，所述GH4151合金铸锭包含以下元素：
10.5-11.5wt%的Cr，14.5-15.5wt%的Co，2.5-3wt%的Ti、3-4wt%的Al，2.5-3.5wt%的Nb，不大于1wt%的 Fe，4-5wt%的Mo，2.5-3wt%的W，0.002-0.02wt%的Mg，0.025-0.04wt%的Zr，0.05-2wt%的Ta，0.03-0.3wt%的Si，0.01-0.035wt%的C，不大于0.01wt%的B，和0.01-0.1wt%的Hf和50-60wt%的Ni。
本发明中，采用具有上述成分组成的合金铸锭，有助于提高制备得到的GH4151合金棒材的力学性能。
根据本发明的一种优选实施方式，所述GH4151合金棒材的制备方法，包括以下步骤：
（A）将GH4151合金铸锭进行均匀化热处理，所述均匀化热处理的过程包括：
（A-1） 将所述GH4151合金铸锭在1120-1140℃的条件下，保温30-50h；
（A-2）以6-10℃/min速度升温至1150-1170℃，保温20-40h；
（A-3）以6-10℃/min速度升温至1180-1210℃，保温20-40h，以2-5℃/min速度降温至500℃以下；
（B）将所述热处理棒材进行锻造处理，所述锻造处理的条件包括：
（B-1）将所述热处理棒材进行镦粗处理，所述镦粗处理包括如下步骤：
将所述热处理棒材，以5-10℃/min的升温速度，从2-40℃升温至1150℃-1180℃，保温10-20h；
所述镦粗处理的下压速度为10-40mm/min，镦粗变形量为30-60%，得到镦粗铸锭；
（B-2）将所述镦粗铸锭进行拔长开坯，所述拔长开坯包括以下步骤：将所述镦粗铸锭在1150-1180℃保温20-30h，所述拔长开坯的下压速度为20-50 mm/min，拔长变形量为30-60%，得到拔长铸锭；
（B-3）所述锻造处理进行8-12次，得到所述锻造棒材；
（C）将所述锻造棒材进行热轧处理，所述热轧处理的温度为1130-1180℃，所述热轧变形量为30-40%；
所述热轧处理进行5-8道次，得到热轧棒材；
（D）将所述热轧棒材进行固溶处理，所述固溶处理包括以下步骤：将所述热轧棒材从300-500℃，升温至1080-1180℃，升温速度为5-10℃/min，保温2-8h后冷却至室温，得到固溶棒材；
（E）将所述固溶棒材进行冷拔处理，所述冷拔处理的条件为：将所述固溶棒材以5-20mm/s的拉拔速度进行冷拔，所述冷拔变形量为10-50%；
所述冷拔处理进行5-8道次，得到冷拔棒材；
（F）将所述冷拔棒材进行时效处理，所述时效处理包括以下步骤：
（F-1）将所述冷拔棒材从100-300℃升温至770-870℃，升温速度为2-5℃/min，保温8-16h后冷却至室温，得到第一次时效处理棒材；
（F-2）将所述第一次时效处理棒材从100-300℃升温至620-760℃，升温速度为2-5℃/min，保温8-16h后冷却至室温得到GH4151合金棒材。
本发明第二方面提供由第一方面所述的制备方法得到的GH4151合金棒材。
根据本发明，优选地，所述GH4151合金棒材晶粒度不低于8级，室温抗拉强度高于1810MPa，800℃抗拉强度高于1020MPa，800℃/500MPa持久寿命大于28h。
本发明第三方面提供第二方面所述的GH4151合金棒材在航空发动机和/或地面燃气轮机紧固件中的应用。
以下将通过实施例和对比例对本发明进行详细描述。以下实施例和对比例中，在没有特别说明的情况下，使用的各种原料均可从商业渠道获得；
（1）室温抗拉强度：GB/T 228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法。
（2）800℃抗拉强度：GB/T 228.2金属材料拉伸试验第2部分：高温试验方法。
（3）800℃/500MPa持久寿命：GB/T 2039金属材料单轴拉伸蠕变及持久试验方法。
（4）晶粒度：GB/T 6394金属平均晶粒度测定方法。
实施例1
通过三联工艺冶炼得到GH4151合金铸锭（锭型为Φ508±20mm），组成如下：11wt%的Cr，15wt%的Co，2.8wt%的Ti、3.5wt%的Al，3.2wt%的Nb，0.8wt%的Fe，4.5wt%的Mo，2.8wt%的W，0.01wt%的Mg，0.03wt%的Zr，1.0wt%的Ta，0.05wt%的Si，0.02wt%的C，0.005wt%的B，0.05wt%的Hf和55.235wt%的Ni。
该GH4151合金铸锭按照以下方式处理：
（A）将GH4151合金铸锭进行均匀化热处理，所述均匀化热处理的过程包括：
（A-1）将所述GH4151合金铸锭在1140℃的条件下，保温50h；
（A-2）以8℃/min速度升温至1170℃，保温40h；
（A-3）以8℃/min速度升温至1200℃，保温40h，以5℃/min速度降温，随炉冷却至500℃以下出炉，覆盖石棉空冷；
（B）将所述热处理棒材进行锻造处理，所述锻造处理的条件包括：
（B-1）将所述热处理棒材进行镦粗处理，所述镦粗处理包括如下步骤：
将所述热处理棒材，以8℃/min的升温速度，从20℃升温至1180℃，保温20h；
所述镦粗处理的下压速度为40mm/min，镦粗变形量为40%，得到镦粗铸锭；
（B-2）将所述镦粗铸锭进行拔长开坯，所述拔长开坯包括以下步骤：将所述镦粗铸锭在1180℃保温30h，所述拔长开坯的下压速度为40mm/min，拔长变形量为50%，得到拔长铸锭；
（B-3）所述锻造处理进行10次，终锻温度为1100℃，得到Φ120mm的锻造棒材；
（C）将所述锻造棒材进行热轧处理，所述热轧处理的温度为1160℃，所述热轧变形量为30%；
所述热轧处理进行6道次，终轧温度为1050℃，得到Φ35mm热轧棒材；
（D）将所述热轧棒材进行固溶处理，所述固溶处理包括以下步骤：将所述热轧棒材在300℃入炉，升温至1100℃，升温速度为10℃/min，保温8h后空冷至室温，得到固溶棒材；
（E）将所述固溶棒材进行冷拔处理，所述冷拔处理的条件为：将所述固溶棒材以10mm/s的拉拔速度进行冷拔，棒材表面涂抹硫酸锂基润滑脂，所述冷拔变形量为30%；
所述冷拔处理进行6道次，得到Φ25mm冷拔棒材；
（F）将所述冷拔棒材进行时效处理，所述时效处理包括以下步骤：
（F-1）将所述冷拔棒材从100℃升温至800℃，升温速度为5℃/min，保温12h后空冷至室温，得到第一次时效处理棒材；
（F-2）将所述第一次时效处理棒材从100℃升温至700℃，升温速度为5℃/min，保温12h后空冷至室温得到GH4151合金棒材。
实施例2
GH4151合金铸锭同实施例1，该GH4151合金铸锭按照以下方式处理：
（A）将GH4151合金铸锭进行均匀化热处理，所述均匀化热处理的过程包括：
（A-1）将所述GH4151合金铸锭在1140℃的条件下，保温50h；
（A-2）以8℃/min速度升温至1160℃，保温40h；
（A-3）以8℃/min速度升温至1200℃，保温40h，以5℃/min速度降温，随炉冷却至500℃以下出炉，覆盖石棉空冷；
（B）将所述热处理棒材进行锻造处理，所述锻造处理的条件包括：
（B-1）将所述热处理棒材进行镦粗处理，所述镦粗处理包括如下步骤：
将所述热处理棒材，以8℃/min的升温速度，从20℃升温至1160℃，保温20h；
所述镦粗处理的下压速度为40mm/min，镦粗变形量为30%，得到镦粗铸锭；
（B-2）将所述镦粗铸锭进行拔长开坯，所述拔长开坯包括以下步骤：将所述镦粗铸锭在1160℃保温30h，所述拔长开坯的下压速度为40mm/min，拔长变形量为40%，得到拔长铸锭；
（B-3）所述锻造处理进行10次，终锻温度为1100℃，得到Φ120mm的锻造棒材；
（C）将所述锻造棒材进行热轧处理，所述热轧处理的温度为1140℃，所述热轧变形量为30%；
所述热轧处理进行6道次，终轧温度为1050℃，得到Φ35mm热轧棒材；
（D）将所述热轧棒材进行固溶处理，所述固溶处理包括以下步骤：将所述热轧棒材在300℃入炉，升温至1100℃，升温速度为10℃/min，保温8h后空冷至室温，得到固溶棒材；
（E）将所述固溶棒材进行冷拔处理，所述冷拔处理的条件为：将所述固溶棒材以10mm/s的拉拔速度进行冷拔，棒材表面涂抹硫酸锂基润滑脂，所述冷拔变形量为30%；
所述冷拔处理进行6道次，得到Φ25mm冷拔棒材；
（F）将所述冷拔棒材进行时效处理，所述时效处理包括以下步骤：
（F-1）将所述冷拔棒材从100℃升温至820℃，升温速度为5℃/min，保温16h后空冷至室温，得到第一次时效处理棒材；
（F-2）将所述第一次时效处理棒材从100℃升温至720℃，升温速度为5℃/min，保温10h后空冷至室温得到GH4151合金棒材。
实施例3
GH4151合金铸锭同实施例1，该GH4151合金铸锭按照以下方式处理：
（A）将GH4151合金铸锭进行均匀化热处理，所述均匀化热处理的过程包括：
（A-1）将所述GH4151合金铸锭在1120℃的条件下，保温50h；
（A-2）以10℃/min速度升温至1170℃，保温40h；
（A-3）以10℃/min速度升温至1200℃，保温40h，以5℃/min速度降温，随炉冷却至500℃以下出炉，覆盖石棉空冷；
（B）将所述热处理棒材进行锻造处理，所述锻造处理的条件包括：
（B-1）将所述热处理棒材进行镦粗处理，所述镦粗处理包括如下步骤：
将所述热处理棒材，以10℃/min的升温速度，从20℃升温至1150℃，保温20h；
所述镦粗处理的下压速度为40mm/min，镦粗变形量为50%，得到镦粗铸锭；
（B-2）将所述镦粗铸锭进行拔长开坯，所述拔长开坯包括以下步骤：将所述镦粗铸锭在1150℃保温20h，所述拔长开坯的下压速度为30mm/min，拔长变形量为30%，得到拔长铸锭；
（B-3）所述锻造处理进行8次，终锻温度为1050℃，得到Φ150mm的锻造棒材；
（C）将所述锻造棒材进行热轧处理，所述热轧处理的温度为1130℃，所述热轧变形量为30%；
所述热轧处理进行5道次，终轧温度为1050℃，得到Φ40mm热轧棒材；
（D）将所述热轧棒材进行固溶处理，所述固溶处理包括以下步骤：将所述热轧棒材在300℃入炉，升温至1080℃，升温速度为5℃/min，保温8h后空冷至室温，得到固溶棒材；
（E）将所述固溶棒材进行冷拔处理，所述冷拔处理的条件为：将所述固溶棒材以5mm/s的拉拔速度进行冷拔，棒材表面涂抹硫酸锂基润滑脂，所述冷拔变形量为20%；
所述冷拔处理进行8道次，得到Φ35mm冷拔棒材；
（F）将所述冷拔棒材进行时效处理，所述时效处理包括以下步骤：
（F-1）将所述冷拔棒材从100℃升温至870℃，升温速度为5℃/min，保温16h后空冷至室温，得到第一次时效处理棒材；
（F-2）将所述第一次时效处理棒材从100℃升温至760℃，升温速度为5℃/min，保温16h后空冷至室温得到GH4151合金棒材。
实施例4
GH4151合金铸锭同实施例1，按照实施例1的方法制备GH4151合金棒材，不同的是，步骤（C）的热轧处理温度为1190℃。
对比例1
GH4151合金铸锭同实施例1。该GH4151合金铸锭按照以下方式处理：
（A）将GH4151合金铸锭进行均匀化热处理，所述均匀化热处理的过程包括：
（A-1）将所述GH4151合金铸锭在1120℃的条件下，保温50h；
（A-2）以10℃/min速度升温至1170℃，保温40h；
（A-3）以10℃/min速度升温至1200℃，保温40h，以5℃/min速度降温，随炉冷却至500℃以下出炉，覆盖石棉空冷；
（B）将所述热处理棒材进行热轧处理，所述热轧处理的温度为1130℃，所述热轧变形量为30%；
所述热轧处理进行5道次，终轧温度为1050℃，得到Φ40mm热轧棒材；
（C）将所述热轧棒材进行固溶处理，所述固溶处理包括以下步骤：将所述热轧棒材在300℃入炉，升温至1080℃，升温速度为5℃/min，保温8h后空冷至室温，得到固溶棒材；
（D）将所述固溶棒材进行冷拔处理，所述冷拔处理的条件为：将所述固溶棒材以5mm/s的拉拔速度进行冷拔，棒材表面涂抹硫酸锂基润滑脂，所述冷拔变形量为20%；
所述冷拔处理进行8道次，得到Φ35mm冷拔棒材；
（E）将所述冷拔棒材进行时效处理，所述时效处理包括以下步骤：
（E-1）将所述冷拔棒材从100℃升温至870℃，升温速度为5℃/min，保温16h后空冷至室温，得到第一次时效处理棒材；
（E-2）将所述第一次时效处理棒材从100℃升温至760℃，升温速度为5℃/min，保温16h后空冷至室温得到GH4151合金棒材。
对比例2
GH4151合金铸锭同实施例1，按照实施例1的方法制备GH4151合金棒材，不同的是，不进行热轧处理。
对比例3
GH4151合金铸锭同实施例1，按照实施例1的方法制备GH4151合金棒材，不同的是，不进行冷拔处理。
测试例1
对得到的GH4151合金棒材进行测试，测试结果如表1所示。
图1为实施例1制备的GH4151合金棒材高倍金相组织照片，从图1中可以观察到析出相分布均匀，棒材组织满足均匀细晶要求。
表1
通过表1的结果可以看出，采用本发明的制备方法制得的GH4151合金棒材晶粒度不低于8级，室温抗拉强度高于1810MPa，800℃抗拉强度高于1020MPa，800℃/500MPa持久寿命大于28h具有更细化的晶粒和更优异的力学性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种GH4151合金棒材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）将GH4151合金铸锭进行均匀化热处理，得到热处理棒材；
（2）将所述热处理棒材进行锻造处理，得到锻造棒材；
（3）将所述锻造棒材进行热轧处理，得到热轧棒材；
（4）将所述热轧棒材进行固溶处理，得到固溶棒材；
（5）将所述固溶棒材进行冷拔处理，得到冷拔棒材；
（6）将所述冷拔棒材进行时效处理，得到GH4151合金棒材。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述均匀化热处理的过程包括：
（1-1）将所述GH4151合金铸锭在1120-1140℃的条件下，保温30-50h；
（1-2）以6-10℃/min速度升温至1150-1170℃，保温20-40h；
（1-3）以6-10℃/min速度升温至1180-1210℃，保温20-40h，以2-5℃/min速度降温至500℃以下。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述锻造处理的条件包括：
（2-1）将所述热处理棒材进行镦粗处理，得到镦粗铸锭；
（2-2）将所述镦粗铸锭进行拔长开坯，得到拔长铸锭；
优选地，所述锻造处理的终锻温度不低于1050℃；
优选地，所述锻造处理进行8-12次，得到所述锻造棒材。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述镦粗处理包括如下步骤：
将所述热处理棒材，以5-10℃/min的升温速度，从2-40℃升温至1150-1180℃，保温10-20h；
优选地，所述镦粗处理的下压速度为10-40mm/min，镦粗变形量为30-60%，得到镦粗铸锭。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述拔长开坯包括以下步骤：
将所述镦粗铸锭在1150-1180℃保温20-30h，所述拔长开坯的下压速度为20-50mm/min，拔长变形量为30-60%，得到拔长铸锭。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述热轧处理的温度为1100-1200℃，优选为1130-1180℃；
优选地，所述热轧变形量为20-50%，优选为30-40%；
优选地，所述热轧处理进行5-8道次。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述固溶处理包括以下步骤：
将所述热轧棒材从300-500℃，升温至1080-1180℃，升温速度为5-10℃/min，保温2-8h后冷却至室温。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述冷拔处理的条件为：
将所述固溶棒材以5-20mm/s的拉拔速度进行冷拔，优选为10-15mm/s；
优选地，所述冷拔变形量为10-50%，优选为20-40%；
和/或，所述冷拔处理进行5-8道次。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述时效处理包括以下步骤：
（6-1）将所述冷拔棒材从100-300℃升温至770-870℃，升温速度为2-5℃/min，保温8-16h后冷却至室温，得到第一次时效处理棒材；
（6-2）将所述第一次时效处理棒材从100-300℃升温至620-760℃，升温速度为2-5℃/min，保温8-16h后冷却至室温。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其中，基于所述GH4151合金铸锭总质量，所述GH4151合金铸锭包含以下元素：
10.5-11.5wt%的Cr，14.5-15.5wt%的Co，2.5-3wt%的Ti、3-4wt%的Al，2.5-3.5wt%的Nb，不大于1 wt%的Fe，4-5wt%的Mo，2.5-3wt%的W，0.002-0.02wt%的Mg，0.025-0.04 wt%的Zr，0.05-2wt%的Ta，0.03-0.3wt%的Si，0.01-0.035wt%的C，不大于0.01wt%的B，0.01-0.1wt%的Hf和50-60wt%的Ni。
11.由权利要求1-10中任意一项所述的制备方法得到的GH4151合金棒材；
优选地，所述GH4151合金棒材晶粒度不低于8级，心部与边缘晶粒度级差小于2级，室温抗拉强度高于1810MPa，800℃抗拉强度高于1020MPa，800℃/500MPa持久寿命大于28h。
12.权利要求11所述的GH4151合金棒材在航空发动机和/或地面燃气轮机紧固件中的应用。
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| CN202410203979.6A CN118291894A (zh) | 2024-02-23 | 2024-02-23 | Gh4151合金棒材及其制备方法与应用 |
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