CN113151762A - 一种抑制镍基高温合金锯齿流变现象的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种抑制镍基高温合金锯齿流变现象的方法，包括以下步骤：将热处理炉升温至目标固溶处理温度，再将Inconel625合金样品放入热处理炉的炉膛中，到达固溶处理保温时间后，将Inconel625合金样品立即从热处理炉中取出，淬火冷却至室温；目标固溶处理温度为高于Inconel625合金MC型碳化物析出物温度，固溶处理保温时间为t1＝(d×0.6+40)min～(d×0.6+80)min；将固溶处理后的Inconel625合金样品放入炉膛中，再将热处理炉升温至目标时效处理温度；到达时效处理保温时间后，将Inconel625合金样品取出，淬火冷却至室温；目标时效温度在Inconel625合金中析出γ”～δ相的温度区间内，时效处理保温时间为200h～800h。本申请可以有效的抑制锯齿流变现象。
Description
技术领域
本申请属于合金技术领域，尤其涉及一种抑制镍基高温合金锯齿流变现象的方法。
背景技术
高温合金是指能在600℃以上，具备抗氧化和抗腐蚀性能，并在一定应力作用下可长期工作的一类金属材料。高温合金即是航空发动机热端部件的关键材料，又是能源、化工等工业部门所需的高温耐蚀部件材料，是国民经济不可缺少的一类重要材料。高温合金种类繁多，在众多高温合金中，镍基高温合金使用量最大，使用范围最广，航空发动机的关键零部件，例如：涡轮叶片、燃烧室、甚至涡轮增压器也多使用镍基高温合金作为制备材料。近年来，随着航空发动机推进比不断提升，关键零部件的服役环境也变得非常苛刻。因此对高温合金的高温强度、持久性能、显微组织稳定性，提出了更高的要求。
Inconel625合金是典型的Ni基高温合金，奥氏体基体为面心立方结构，同时由于其3d电子层几乎被填满，因此能够溶入大量原子半径相对较大的元素，如Cr,Mo,Nb,Fe,Al,Ti等，进而使合金基体的晶格发生膨胀，晶格的这种变化会在合金内部形成长程内应力场，从而对合金变形过程中的位错运动产生阻碍，起到固溶强化的作用。该合金从室温到980℃的温度范围内具备优良的抗拉强度以及抗氧化性能，在650℃以下温度使用时，还兼具出色的抗蠕变和抗疲劳性能。因此广泛应用于航空发动机关键部件，例如机匣、燃烧室、导向叶片。此外，对于中心锥、尾喷管、支撑板，以及各类筒体零部件，普遍采用Inconel625合金板材。
但是，以Inconel625合金为代表的固溶强化型镍基高温合金，在高温环境中，承受单向载荷时极易发生锯齿流变现象，即：应力超过合金的屈服强度后，随着应变量增加，应力在一定范围内波动。近年来，国内外学者关于镍基高温合金的锯齿流变现象，展开了深入的研究。期刊论文Influence ofγ'precipitates on the critical strain andlocalized deformation of serrated flow in Ni-based superalloys(Journal ofAlloys and Compounds，2017，690：707-715)研究了拉伸温度与锯齿类型的关系，发现升高拉伸温度，锯齿类型从A型→B型→C型锯齿转变。期刊论文Dynamic strain ageing in Ni-based superalloy720Li(ActaMater，2009，57：1243-1253)研究了锯齿流变现象产生机理，发现置换溶质原子Cr、Co、Ti、Al、Mo、W与位错间的钉扎-脱钉扎作用是B型锯齿的产生原因。而期刊论文Effects of heat treatments on the serrated flow in a Ni-Co-Cr-basesuperalloy(Journal of Material Science，2011，46：5546-5552)则认为锯齿流变现象与镍基高温合金中γ'相密切相关，当位错切过γ'相时，会发生明显的锯齿流变现象。众多研究结果表明锯齿流变现象出现会降低合金的疲劳，以及蠕变-疲劳抗力，进而降低合金的高温持久性能，因此抑制镍金高温合金锯齿流变现象具有重要的理论意义和工程应用价值。但时至今日，对于锯齿流变现象的抑制方法，罕有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抑制镍基高温合金锯齿流变现象的方法，其通过恰当的热处理，有效的抑制了锯齿流变现象，并提高了高温拉伸性能。其特点是抑制锯齿流变现象效果好，并容易实施。
本申请具体是通过以下技术方案来实现的：
提供一种抑制镍基高温合金锯齿流变现象的方法，包括以下步骤：
步骤1、对Inconel625镍基高温合金进行固溶处理：将热处理炉升温至目标固溶处理温度，炉温到达所述目标固溶处理温度后，再将Inconel625镍基高温合金样品放入所述热处理炉的炉膛中，炉温稳定后开始计时；到达固溶处理保温时间后，将所述Inconel625镍基高温合金样品立即从所述热处理炉中取出，淬火冷却至室温；其中，所述目标固溶处理温度为高于所述Inconel625镍基高温合金MC型碳化物析出物温度，所述固溶处理保温时间为t1＝(d×0.6+40)min～(d×0.6+80)min，d为所述Inconel625镍基高温合金样品的横截面积，单位为mm；
步骤2、将步骤1中固溶处理后的所述Inconel625镍基高温合金样品进行时效处理：先将步骤1中固溶处理后的所述Inconel625镍基高温合金样品放入所述炉膛中，再将所述热处理炉升温至目标时效处理温度；炉温稳定后开始计时；到达时效处理保温时间后，将所述Inconel625镍基高温合金样品取出，淬火冷却至室温；其中，所述目标时效温度在所述Inconel625镍基高温合金中析出γ”～δ相的温度区间内，所述时效处理保温时间为200h～800h。
作为本申请的进一步说明，所述目标固溶处理温度具体为1130℃±30℃。
作为本申请的进一步说明，所述目标时效处理温度具体为650℃～750℃。
作为本申请的进一步说明，所述将Inconel625镍基高温合金样品放入所述热处理炉的炉膛中之前还包括：
将Inconel625镍基高温合金样品机械加工成指定尺寸，满足炉膛需求，确保样品受热均匀。
作为本申请的进一步说明，所述将Inconel625镍基高温合金样品放入所述热处理炉的炉膛中时，还需给所述Inconel625镍基高温合金样品底部垫入耐火砖，其中所述耐火砖厚度以保证所述样品位于炉膛中部为准。
作为本申请的进一步说明，所述固溶处理中所述热处理炉的升温方式为：以10°每分钟速度升温至550℃，再以5°每分钟速度升温至850℃，再以3°每分钟速度升温至所述目标固溶处理温度。
作为本申请的进一步说明，所述时效处理中所述热处理炉的升温方式为：以10°每分钟速度升温至550℃，再以5°每分钟速度升温至所述目标时效处理温度。
作为本申请的进一步说明，所述淬火的方式为水淬，且所述淬火的水温为10℃～25℃。
作为本申请的进一步说明，所述热处理炉为箱式电阻炉。
与现有技术相比，本申请具有以下有益的技术效果：
(1)本申请为镍基高温合金提供了一种新的固溶+时效热处理工艺，可以在Inconel625合金中有效的抑制锯齿流变现象；并且操作简单，可行性高。
(2)本申请在抑制锯齿流变现象的基础上，650℃拉伸屈服强度可提高100MPa～400MPa。
附图说明
图1a是Inconel625合金未经固溶+时效处理在650℃拉伸应力应变曲线；图1b是图1a中锯齿区域局部放大图；
图2是本申请实施例一中Inconel625合金固溶+650℃/200h时效处理后TEM照片，其中图2(a)和图2(b)分别为明场像和暗场像；
图3a是本申请实施例一中Inconel625合金固溶+650℃/200h时效处理后，在650℃拉伸应力应变曲线照片；图3b是图3a中锯齿区域局部放大图；
图4是本申请实施例二中Inconel625合金固溶+650℃/400h时效处理后TEM照片；
其中图4(a)和图4(b)分别为明场像和暗场像；
图5a是本申请实施例二中Inconel625合金固溶+650℃/400h时效处理后，在650℃拉伸应力应变曲线照片；图5b是图5a中锯齿区域局部放大图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
实施例一
一种抑制Inconel625合金锯齿流变现象的方法，包括以下步骤：
步骤1：对Inconel625合金进行固溶处理：先将样品机械加工成指定尺寸，满足炉膛需求，确保样品受热均匀；再将箱式电阻炉升温至1130℃；
升温方法为：以10°每分钟速度升温至550℃，再以5°每分钟速度升温至850℃。再以3°每分钟速度升温至1130℃。
炉温到达1130℃后，再将样品放入炉膛中，并给样品底部垫入耐火砖；耐火砖厚度以保证样品位于炉膛中部为准。
炉温稳定后开始计时保温60min；到达保温时间后，将Inconel625合金样品立即从热处理炉中取出，放入水中淬火冷却至室温，淬火水温为20℃。
步骤2：对步骤1中固溶处理后的Inconel625合金样品进行时效处理：先将步骤1固溶处理后的样品放入炉膛中，再将箱式电阻炉升温至650℃；
升温方法为：以10°每分钟速度升温至550℃，再以5°每分钟速度升温至650℃。
炉温到达650℃稳定后开始计时保温200h，到达保温时间后，将样品取出，放入水中淬火冷却至室温，淬火水温为20℃。
如图1(a)所示，对未经固溶+时效处理的Inconel625合金在650℃拉伸，屈服强度和抗拉强度分别为293MPa、698MPa。另外应力应变曲线中出现了明显锯齿状波动。对锯齿区域局部放大可知，如图1(b)所示，此时锯齿类型为B+C型锯齿。
Inconel625合金进行实施例1中所述的固溶+时效处理后的TEM照片如图2所示，其中图2(a)、(b)分别为明场像和暗场像。可以看到显微组织中出现了大量的椭球状第二相，直径分布在5-30nm之间。
Inconel625合金板材进行实施例1中所述的固溶+时效处理后，在650℃拉伸，拉伸应力应变曲线如图3所示。此时拉伸屈服强度和抗拉强度分别提高至539MPa、735MPa，并且锯齿流变现象明显减弱。
实施例二
一种抑制Inconel625合金锯齿流变现象的方法，包括以下步骤：
步骤1：对Inconel625合金进行固溶处理：先将样品机械加工成指定尺寸，满足炉膛需求，确保样品受热均匀；再将箱式电阻炉升温至1150℃；
升温方法为：以10°每分钟速度升温至550℃，再以5°每分钟速度升温至850℃。再以3°每分钟速度升温至1150℃。
炉温到达1150℃后，再将样品放入炉膛中，并给样品底部垫入耐火砖；耐火砖厚度以保证样品位于炉膛中部为准。
炉温稳定后开始计时保温55min；到达保温时间后，将Inconel625合金样品立即从热处理炉中取出，放入水中淬火冷却至室温，淬火水温为20℃。
步骤2：对步骤1中固溶处理后的Inconel625合金样品进行时效处理：先将步骤1固溶处理后的样品放入炉膛中，再将箱式电阻炉升温至650℃；
升温方法为：以10°每分钟速度升温至550℃，再以5°每分钟速度升温至650℃。
炉温到达650℃稳定后开始计时保温400h，到达保温时间后，将样品取出，放入水中淬火冷却至室温，淬火水温为20℃。
Inconel625合金进行实施例2中所述的固溶+时效处理后的TEM照片如图4所示，其中图4(a)、(b)分别为明场像和暗场像。可以看到显微组织中出现了大量的椭球状、长条状第二相，直径分布在5-150nm之间。
Inconel625合金板材进行实施例2中所述的固溶+时效处理后，在650℃拉伸，拉伸应力应变曲线如图5所示。此时拉伸屈服强度和抗拉强度分别提高至620MPa、847MPa，并且锯齿流变现象几乎消失。
实施例三
一种抑制Inconel625合金锯齿流变现象的方法，包括以下步骤：
步骤1：对Inconel625合金进行固溶处理：先将样品机械加工成指定尺寸，满足炉膛需求，确保样品受热均匀；再将箱式电阻炉升温至1100℃；
升温方法为：以10°每分钟速度升温至550℃，再以5°每分钟速度升温至850℃。再以3°每分钟速度升温至1100℃。
炉温到达1100℃后，再将样品放入炉膛中，并给样品底部垫入耐火砖；耐火砖厚度以保证样品位于炉膛中部为准。
炉温稳定后开始计时保温60min；到达保温时间后，将Inconel625合金样品立即从热处理炉中取出，放入水中淬火冷却至室温，淬火水温为20℃。
步骤2：对步骤1中固溶处理后的Inconel625合金样品进行时效处理：先将步骤1固溶处理后的样品放入炉膛中，再将箱式电阻炉升温至700℃；
升温方法为：以10°每分钟速度升温至550℃，再以5°每分钟速度升温至700℃。
炉温到达700℃稳定后开始计时保温300h，到达保温时间后，将样品取出，放入水中淬火冷却至室温，淬火水温为20℃。
实施例四
一种抑制Inconel625合金锯齿流变现象的方法，包括以下步骤：
步骤1：对Inconel625合金进行固溶处理：先将样品机械加工成指定尺寸，满足炉膛需求，确保样品受热均匀；再将箱式电阻炉升温至1160℃；
升温方法为：以10°每分钟速度升温至550℃，再以5°每分钟速度升温至850℃。再以3°每分钟速度升温至1160℃。
炉温到达1160℃后，再将样品放入炉膛中，并给样品底部垫入耐火砖；耐火砖厚度以保证样品位于炉膛中部为准。
炉温稳定后开始计时保温55min；到达保温时间后，将Inconel625合金样品立即从热处理炉中取出，放入水中淬火冷却至室温，淬火水温为20℃。
步骤2：对步骤1中固溶处理后的Inconel625合金样品进行时效处理：先将步骤1固溶处理后的样品放入炉膛中，再将箱式电阻炉升温至750℃；
升温方法为：以10°每分钟速度升温至550℃，再以5°每分钟速度升温至750℃。
炉温到达750℃稳定后开始计时保温200h，到达保温时间后，将样品取出，放入水中淬火冷却至室温，淬火水温为20℃。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种抑制镍基高温合金锯齿流变现象的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对Inconel625镍基高温合金进行固溶处理：将热处理炉升温至目标固溶处理温度，炉温到达所述目标固溶处理温度后，再将Inconel625镍基高温合金样品放入所述热处理炉的炉膛中，炉温稳定后开始计时；到达固溶处理保温时间后，将所述Inconel625镍基高温合金样品立即从所述热处理炉中取出，淬火冷却至室温；其中，所述目标固溶处理温度为高于所述Inconel625镍基高温合金MC型碳化物析出物温度，所述固溶处理保温时间为t1＝(d×0.6+40)min～(d×0.6+80)min，d为所述Inconel625镍基高温合金样品的横截面积，单位为mm；
步骤2、将步骤1中固溶处理后的所述Inconel625镍基高温合金样品进行时效处理：先将步骤1中固溶处理后的所述Inconel625镍基高温合金样品放入所述炉膛中，再将所述热处理炉升温至目标时效处理温度；炉温稳定后开始计时；到达时效处理保温时间后，将所述Inconel625镍基高温合金样品取出，淬火冷却至室温；其中，所述目标时效温度在所述Inconel625镍基高温合金中析出γ”～δ相的温度区间内，所述时效处理保温时间为200h～800h。
2.根据权利要求1所述的抑制镍基高温合金锯齿流变现象的方法，其特征在于，所述目标固溶处理温度具体为1130℃±30℃。
3.根据权利要求1所述的抑制镍基高温合金锯齿流变现象的方法，其特征在于，所述目标时效处理温度具体为650℃～750℃。
4.根据权利要求1所述的抑制镍基高温合金锯齿流变现象的方法，其特征在于：所述将Inconel625镍基高温合金样品放入所述热处理炉的炉膛中之前还包括：
将Inconel625镍基高温合金样品机械加工成指定尺寸，满足炉膛需求，确保样品受热均匀。
5.根据权利要求1所述的抑制镍基高温合金锯齿流变现象的方法，其特征在于：所述将Inconel625镍基高温合金样品放入所述热处理炉的炉膛中时，还需给所述Inconel625镍基高温合金样品底部垫入耐火砖，其中所述耐火砖厚度以保证所述样品位于炉膛中部为准。
6.根据权利要求1所述的抑制镍基高温合金锯齿流变现象的方法，其特征在于：所述固溶处理中所述热处理炉的升温方式为：以10°每分钟速度升温至550℃，再以5°每分钟速度升温至850℃，再以3°每分钟速度升温至所述目标固溶处理温度。
7.根据权利要求1所述的抑制镍基高温合金锯齿流变现象的方法，其特征在于：所述时效处理中所述热处理炉的升温方式为：以10°每分钟速度升温至550℃，再以5°每分钟速度升温至所述目标时效处理温度。
8.根据权利要求1所述的抑制镍基高温合金锯齿流变现象的方法，其特征在于：所述淬火的方式为水淬，且所述淬火的水温为10℃～25℃。
9.根据权利要求1所述的抑制镍基高温合金锯齿流变现象的方法，其特征在于：所述热处理炉为箱式电阻炉。
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| CN202110389904.8A Pending CN113151762A (zh) | 2021-04-12 | 2021-04-12 | 一种抑制镍基高温合金锯齿流变现象的方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114214583A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-22 | 西北工业大学 | 一种高效强化镍基高温合金的时效热处理工艺 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0885838A (ja) * | 1994-07-19 | 1996-04-02 | Hitachi Metals Ltd | Ｎｉ基超耐熱合金 |
| CN101429608A (zh) * | 2007-11-06 | 2009-05-13 | 江苏兴海特钢有限公司 | 排气阀用耐热合金及其生产工艺 |
| CN104004980A (zh) * | 2014-06-12 | 2014-08-27 | 航天精工股份有限公司 | 一种镍基沉淀硬化型高温合金的热处理工艺 |
-
2021
- 2021-04-12 CN CN202110389904.8A patent/CN113151762A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0885838A (ja) * | 1994-07-19 | 1996-04-02 | Hitachi Metals Ltd | Ｎｉ基超耐熱合金 |
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| CN114214583A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-22 | 西北工业大学 | 一种高效强化镍基高温合金的时效热处理工艺 |
| CN114214583B (zh) * | 2021-12-16 | 2023-03-17 | 西北工业大学 | 一种高效强化镍基高温合金的时效热处理工艺 |
| CN115747688A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-03-07 | 西北工业大学 | 一种提高镍基高温合金蠕变持久寿命的时效热处理方法 |
| CN115747688B (zh) * | 2022-11-16 | 2023-10-20 | 西北工业大学 | 一种提高镍基高温合金蠕变持久寿命的时效热处理方法 |
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