CN113684433B - 一种钎焊后gh4738合金部件的节能高效热处理方法 - Google Patents

一种钎焊后gh4738合金部件的节能高效热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钎焊后GH4738合金部件的节能高效热处理方法，包括以下步骤：将成形后的GH4738合金部件按照标准热处理工艺进行处理，之后置于真空钎焊炉中，在压强不大于4×10‑2Pa的环境中升温至1000‑1060℃的钎焊温度保温10‑20min，充入氩气进行冷却；将合金部件置于热处理炉中，升温至770±10℃的时效处理温度，保温4‑6h，空冷至室温，完成热处理。本发明的优点是时效处理时间由原来的20h缩短为4‑6h，大大节约了能源和生产成本，提高了生产效率和经济效益。此外优化了真空钎焊工艺参数，使得短时间时效处理后得到了弥散且细小的γ′强化相分布，提升了析出强化效果。与工艺优化前相比，本发明工艺处理后合金室温下抗拉强度、屈服强度提升幅度分别达35、40MPa。

Description

一种钎焊后GH4738合金部件的节能高效热处理方法
技术领域
本发明涉及高温合金材料热处理技术领域，具体为一种钎焊后GH4738合金部件的节能高效热处理方法。
背景技术
镍基高温合金在高温条件下具有良好的抗腐蚀、抗氧化性能以及优异的力学性能和长期组织稳定性，被广泛用于制造各种高性能发动机部件。GH4738是我国上世纪70年代研制的Ni-Cr-Co基沉淀硬化型变形高温合金，适用于制作发动机、燃气轮机用盘件、环件、棒材等常用形状和尺寸的部件及其他异形件。GH4738合金的强化机制包括析出强化、固溶强化、晶界强化等，其中第二相(γ′相)析出强化是其主要强化机制。需注意的是，合金内部γ′析出相的尺寸和分布主要通过热处理进行调控，包括固溶处理以及时效处理。
GH4738合金从毛坯料到零部件成品，需经过复杂的成形，以及焊接、热处理等多个主要工序。高温合金常用的焊接方法有多种，包括氩弧焊、真空电子束焊接以及埋弧焊等。焊接虽然可以快速高效的实现金属之间的连接，但由于焊接温度较高，焊接后焊缝周围区域往往形成较大的焊接应力，导致零部件易产生明显变形，降低其使用性能。相比于其他焊接方式，真空钎焊加热温度较低，对母材组织及性能影响较小，焊件变形量低，容易保证焊后尺寸精度，已成为高温合金部件在生产过程中的一种关键制造工艺技术。
目前，GH4738合金部件在交付使用之前采取的热处理工艺往往与高温合金手册推荐的标准热处理工艺一致，即固溶+双时效(1020℃/4h/油冷+845℃/4h/空冷+760℃/16h/空冷)。实际生产过程中由于钎焊保温温度较高，接近GH4738合金的固溶处理温度，因此钎焊后的合金部件在使用之前还需进行时效处理以进一步调控γ′相的分布。标准的双时效工艺不仅处理时间较长，费时耗能，而且由于真空钎焊后的合金采用充氩气的方式冷却，冷速较慢，在此基础上进一步进行长时间双时效处理会导致γ′相尺寸过大，降低合金的强度值。因此，有必要开发一种适用于钎焊后GH4738合金部件的节能高效热处理方法，在提高生产效率、降低成本的同时提升合金部件的强度，进而提高其服役安全性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种钎焊后GH4738合金部件的节能高效热处理方法，其具有提高合金强度的同时，热处理效率更高，节约能源和成本的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种GH4738合金部件的节能高效热处理方法，包括以下步骤：
步骤1：将成形后的GH4738合金部件按照标准热处理工艺进行固溶和时效处理，得到供应态的合金部件；
步骤2：对步骤1得到的供应态的合金部件进行真空钎焊处理；
步骤3：对真空钎焊处理后的合金部件进行时效处理，具体时效处理工艺为：将合金部件放入热处理炉中，加热到770±10℃的时效处理温度，保温4-6h，之后取出合金部件空冷至室温，完成热处理。
进一步地，步骤2中的钎焊处理工艺为：将GH4738合金部件置于真空钎焊炉中，并抽真空至4×10-2Pa以下，然后升温至1000-1060℃的钎焊温度，保温10-20min，之后通0.3-0.4MPa的氩气冷却至80℃以下出炉。
进一步地，步骤2和步骤3中加热炉的升温速率为10-20℃/min。
所述GH4738合金，以质量百分比计，其主要成分为：碳0.03-0.10％、铬18-21％、钴12-15％、钼3.5-5％、钛2.75-3.25％、铝1.2-1.6％、硼0.003-0.01％、锆0.02-0.12，余量为镍。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.与传统热处理工艺相比，本发明采用了短时间时效处理工艺，时效时间由原来的20h缩短为4-6h，大大节约了能源和生产成本，提高了生产效率和经济效益。
2.本发明通过控制真空钎焊后合金的冷速、缩短时效处理时间，使得真空钎焊与时效工艺之间匹配良好。热处理后GH4738合金部件内部的γ′强化相细小弥散分布，具有良好的强化相组织。与工艺优化前相比，本发明工艺处理后合金室温下抗拉强度、屈服强度提升幅度分别达35、40MPa，成功解决了因真空钎焊所导致的再时效材料强度偏低的问题。
附图说明
图1是实施例1经过真空钎焊+时效处理后合金内γ′相的分布。
图2是对比例1经过真空钎焊+时效处理后合金内γ′相的分布。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
通过查询高温合金手册可知，GH4738合金热处理工艺制度主要包括固溶以及双时效处理，其中在845℃下进行第一阶段时效处理时的保温时间为4h，之后在760℃下进行第二阶段时效处理时的保温时间为16h，时效处理时间比较长。
基于在真空条件下进行钎焊处理的需要，本发明经过大量试验摸索，得到一种新的热处理方法，包括以下步骤：
步骤1：将成形后的GH4738合金部件按照标准热处理工艺进行固溶和时效处理，得到供应态的合金部件；
步骤2：对步骤1得到的供应态的合金部件进行真空钎焊处理；
步骤3：对真空钎焊处理后的合金部件进行时效处理，具体时效处理工艺为：将合金部件放入热处理炉中，加热到770±10℃的时效处理温度，保温4-6h，之后取出合金部件空冷至室温，完成热处理。
本发明所述时效处理时间远低于传统热处理工艺中的处理时间，节约了能源和生产成本，提高了生产效率和经济效益。此外，通过该工艺对GH4738合金进行处理，得到的合金室温强度提升明显，成功解决了因高温钎焊所导致的再时效材料强度偏低的问题。此处的GH4738合金部件为盘件、环件、棒材等常用形状和尺寸的部件及其他异形件。本发明所述实施例中以GH4738合金环件为例进行介绍阐述。
实施例1
钎焊后GH4738合金部件的节能高效热处理方法，包括以下步骤：
将成形后的GH4738合金部件按照标准热处理工艺进行固溶和时效处理，得到供应态的合金部件；
真空钎焊处理：将GH4738合金部件置于真空钎焊炉中，并抽真空至4×10-2Pa以下，然后以15℃/min的速率升温至1040℃的钎焊温度，保温15min，之后通0.3MPa的氩气冷却至80℃以下出炉；
时效处理：将GH4738合金部件放入热处理炉中，以10℃/min的速率加热到770℃的时效处理温度，保温5h，之后取出合金部件空冷至室温，完成热处理。
本发明所述实施例和对比例中GH4738合金环件的尺寸为
Figure BDA0003167272050000041
，成分如表1所示。
表1实施例和对比例中GH4738合金环件的成分(wt.％)
成分 C Cr Co Mo Al Ti B Zr Ni
含量 0.06 19.50 13.50 4.25 3.15 1.40 0.007 0.05 余量
实施例2
钎焊后GH4738合金部件的节能高效热处理方法，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于：
真空钎焊处理：将GH4738合金部件置于真空钎焊炉中，并抽真空至4×10-2Pa以下，然后以10℃/min的速率升温至1020℃的钎焊温度，保温13min，之后通0.35MPa的氩气冷却至80℃以下出炉。
实施例3
钎焊后GH4738合金部件的节能高效热处理方法，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于：
真空钎焊处理：将GH4738合金部件置于真空钎焊炉中，并抽真空至4×10-2Pa以下，然后以20℃/min的速率升温至1050℃的钎焊温度，保温15min，之后通0.35MPa的氩气冷却至80℃以下出炉。
时效处理：将GH4738合金部件放入热处理炉中，以15℃/min的速率加热到760℃的时效处理温度，保温6h，之后取出合金部件空冷至室温，完成热处理。
实施例4
钎焊后GH4738合金部件的节能高效热处理方法，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于：
时效处理：将GH4738合金部件放入热处理炉中，以20℃/min的速率加热到765℃的时效处理温度，保温4h，之后取出合金部件空冷至室温，完成热处理。
对比例1
按照实施例1中的方法进行，不同之处在于：
真空钎焊处理：将GH4738合金部件置于真空钎焊炉中，并抽真空至4×10-2Pa以下，然后以15℃/min的速率升温至1030℃的钎焊温度，保温20min，之后合金部件先随炉冷却至900℃，后通0.1MPa的氩气冷却至80℃以下出炉。
时效处理：将GH4738合金部件放入热处理炉中，以20℃/min的速率加热到845℃的时效处理温度，保温4h，之后取出合金部件空冷至室温；再将GH4738合金部件放入热处理炉中，以20℃/min的速率加热到760℃的时效处理温度，保温16h，之后取出合金部件空冷至室温，完成热处理。
对比例2
按照实施例1中的方法进行，不同之处在于：
真空钎焊处理：将GH4738合金部件置于真空钎焊炉中，并抽真空至4×10-2Pa以下，然后以20℃/min的速率升温至1010℃的钎焊温度，保温15min，之后合金部件先随炉冷却至900℃，后通0.1MPa的氩气冷却至80℃以下出炉。
时效处理：将GH4738合金部件放入热处理炉中，以15℃/min的速率加热到845℃的时效处理温度，保温4h，之后取出合金部件空冷至室温；再将GH4738合金部件放入热处理炉中，以15℃/min的速率加热到760℃的时效处理温度，保温16h，之后取出合金部件空冷至室温，完成热处理。
性能检测
对实施例1-4和对比例1-2中经过热处理后的GH4738合金环件在室温下进行拉伸检测，结果如表2所示。
表2 GH4738合金室温拉伸
Figure BDA0003167272050000061
通过对比，相比于传统真空钎焊+双时效工艺处理后的合金组织，实施例1处理后得到的GH4738合金内部的二次γ′相尺寸降为45±5nm，细化明显。
表2中对比例1-2为采用传统真空钎焊+双时效工艺处理后GH4738合金部件的力学性能，实施例1-4为采用本发明热处理工艺处理后GH4738合金部件的力学性能数据，可以看出本发明提供的热处理工艺在明显缩短时效处理时间的同时，处理后合金部件的强度提升明显(室温下抗拉强度、屈服强度提升幅度分别达35、40MPa)。
综上所述，本发明提供的热处理方法时效处理时间远低于传统热处理工艺中的时效处理时间，节约了能源和生产成本，大大提高了生产效率和经济效益。此外，本发明热处理方法在提升合金强度方面优势明显。
除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形式的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种钎焊后GH4738合金部件的节能高效热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将成形后的GH4738合金部件按照标准热处理工艺进行固溶和时效处理，得到供应态的合金部件；
步骤2：对步骤1得到的供应态的合金部件进行真空钎焊处理；
步骤3：对真空钎焊处理后的合金部件进行时效处理，具体时效处理工艺为：将合金部件放入热处理炉中，加热到770±10℃的时效处理温度，保温4-6h，之后取出合金部件空冷至室温，完成热处理；
步骤2中的钎焊处理工艺为：将GH4738合金部件置于真空钎焊炉中，并抽真空至4×10- 2Pa以下，然后升温至1000-1060℃的钎焊温度，保温10-20min，之后通0.3-0.4MPa的氩气冷却至80℃以下出炉；
步骤2和步骤3中加热炉的升温速率为10-20℃/min。
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