CN114058988A - 使锻造态镍基粉末高温合金晶粒尺寸均匀化的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种使锻造态镍基粉末高温合金晶粒尺寸均匀化的热处理方法，其包括：步骤S1，将锻造态镍基粉末高温合金升温至550℃~650℃后进行保温；步骤S2，继续随炉升温至γ′相初溶温度，随后以0.1℃/min~1℃/min的升温速率缓慢升温至镍基粉末高温合金的γ′相完全固溶温度；步骤S3，以超过10℃/min的升温速度快速升温至镍基粉末高温合金的γ′相过固溶温度，保温一段时间后迅速冷却。采用本发明的技术方案，释放部分因锻造而形成的内应力，改善合金内部应力分布不均的同时，避免因快速升温使γ′相迅速溶解至基体中而造成晶粒尺寸异常的长大，保证了晶粒尺寸的均匀性。

Description

使锻造态镍基粉末高温合金晶粒尺寸均匀化的热处理方法
技术领域
本发明属于热处理技术和镍基高温合金技术领域，尤其涉及使锻造态粉末高温合金晶粒尺寸均匀化的热处理方法。
背景技术
镍基粉末高温合金因其具有优异的高温性能而广泛用于制备航空发动机涡轮盘，近年来我国镍基粉末高温合金发展迅速，并且已形成粉末高温合金涡轮盘较为常用的制备工艺路线：热等静压 (HIP)+热挤压 (HEX)+锻造 (IF)+热处理工艺 (HT)。在涡轮盘服役过程中，轮毂受力较大而轮缘承受温度较高，因此要求高温合金涡轮盘的轮毂具有较高的强度和疲劳性能而轮缘具有优异的蠕变性能，即在轮毂处获得细晶组织，而在轮缘处获得粗晶组织。
欲使轮缘获得粗晶组织，则需对其进行过固溶处理，其中涡轮盘经热挤压+锻造后，轮缘不同部位所受内应力不同以及γ′尺寸分布零散，导致在后续过固溶热处理时因合金内应力的释放以及不同尺寸的γ′溶解温度和时长不一，容易导致晶粒的异常长大或是晶粒长大不均等现象，进而对其力学性能不利。因此经过固溶处理后的合金获得粗晶组织的同时控制的晶粒尺寸的均匀性是改善涡轮盘轮缘综合性能的关键。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了使锻造态镍基粉末高温合金晶粒尺寸均匀化的热处理方法，通过过固溶热处理工艺，使得合金晶粒尺寸均匀化。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种使锻造态镍基粉末高温合金晶粒尺寸均匀化的热处理方法，其包括：
步骤S1，将锻造态镍基粉末高温合金升温至550 ℃ ~ 650 ℃后进行保温；
步骤S2，继续随炉升温至γ′相初溶温度，随后以0.1 ℃/ min ~ 1 ℃/ min的升温速率缓慢升温至镍基粉末高温合金的γ′相完全固溶温度；
步骤S3，以超过10 ℃/ min的升温速度快速升温至镍基粉末高温合金的γ′相过固溶温度，保温一段时间后迅速冷却。
现有技术中，一般镍基粉末高温合金经锻造后，进行过固溶热处理时，通常的升温过程都为恒定速率下升温至完全过固溶温度以上，进而极大提高晶粒异常长大的概率。而此技术方案在γ＇相的初溶温度至完全固溶温度这一区间内的升温速率进行改善，以0.1℃/ min ~ 1 ℃/ min的升温速率缓慢升温，首先高温下缓慢升温可以释放残余应力，同时溶解晶内细小的γ＇相，晶界处的大块状γ＇相尺寸虽有减少，但仍对晶界有钉扎作用，阻碍晶粒的长大，采用这种缓慢升温的方式当升温到γ＇相完全固溶温度以上后，晶界处的γ＇相也完全溶解到基体中，而且同时极大的释放变形残余应力，因此大大的降低了晶粒异常长大的风险，从而改善晶粒尺寸的均匀性，使其在过固溶温度下可以提高晶粒尺寸的均匀性。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中，升温速率为5 ℃/ min ~ 20 ℃/ min，保温时间为3 h ~ 8 h。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中，将锻造态镍基粉末高温合金升温至600 ℃~ 650 ℃后进行保温。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中，继续随炉升温至γ′相初溶温度的升温速率为5 ℃/ min ~ 20 ℃/ min，升温至镍基粉末高温合金的γ′相完全固溶温度的升温速率为0.15 ℃/ min ~ 0.8 ℃/ min。进一步优选的，升温至镍基粉末高温合金的γ′相完全固溶温度的升温速率为0.2℃/ min ~ 0.5 ℃/ min。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中，所述镍基粉末高温合金的γ′相过固溶温度为超过镍基粉末高温合金的γ′相完全固溶温度30 ℃ ~ 40 ℃。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中，升温至镍基粉末高温合金的γ′相过固溶温度的升温速率为10 ℃/ min ~ 20 ℃/ min，保温时间为1 h ~ 3 h。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中冷却方式为将保温后的合金拿出后进行空冷或气冷。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
采用本发明的技术方案，增加了中低温阶段的保温，释放部分因锻造而形成的内应力，改善合金内部应力分布不均。其次，使得合金从γ′相初溶温度缓慢升温至完全固溶温度，进一步改善内应力分布不均的同时，避免因快速升温使γ′相迅速溶解至基体中而造成晶粒尺寸异常的长大，保证了晶粒尺寸的均匀性。另外，在过固溶温度进行保温后快速冷却，使晶粒粗化长大的同时，保持合金的过饱和状态，为后续时效准备，以期合金具有较好的强度和蠕变性能。
附图说明
图1为本发明实施例1的锻造态镍基粉末高温合金过固溶热处理后的金相示意图。
图2为本发明实施例2的锻造态镍基粉末高温合金过固溶热处理后的金相示意图。
图3为本发明实施例3的锻造态镍基粉末高温合金过固溶热处理后的金相示意图。
图4为本发明对比案例的锻造态镍基粉末高温合金过固溶热处理后的金相示意图。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。以下仅为本发明较佳实施案例，不能限定为本发明的实施范围，即依据本发明范围或思想所作的等效变换，皆应属于本发明所涵盖的范围内。
实施例1
一种使涡轮盘用锻造态镍基粉末高温合金晶粒尺寸均匀化的热处理方法，具体包括：
（1）中低温下的保温
将锻造态镍基粉末高温合金置于马弗炉中，随后以10 ℃/min的速率随炉升温至600 ℃，并于该温度下保温6 h。
（2）γ′相初始固溶温度下的升温
本实施例的锻造态镍基粉末高温合金的γ′相初始固溶温度为702 ℃，γ′相完全固溶温度为1157 ℃。将在中低温下保温后的合金继续以10 ℃/ min的速率升温至702 ℃（γ′相初始固溶温度），随后放缓升温速率，以0.3 ℃/ min升温至1157 ℃ （γ′相完全固溶温度）。
（3）γ′相完全固溶温度下的保温
将升温至1157 ℃的合金继续以10 ℃/ min的速率升温至1190℃，并保温1 h后空冷。
实施例2
（1）中低温下的保温
将锻造态镍基粉末高温合金置于马弗炉中，随后以20 ℃/min的速率随炉升温至650 ℃，并于该温度下保温4 h。
（2）γ′相初始固溶温度下的升温
本实施例的锻造态镍基粉末高温合金的γ′相初始固溶温度为702 ℃，γ′相完全固溶温度为1157 ℃。
将在中低温下保温后的合金继续以20 ℃/ min的速率升温至702 ℃，随后放缓升温速率，以0.5 ℃/ min升温至1157 ℃。
（3）γ′相完全固溶温度下的保温
将升温至1157 ℃的合金继续以20 ℃/ min的速率升温至1185℃，并保温1.5 h后空冷。
实施例3
（1）中低温下的保温
将锻造态镍基粉末高温合金置于马弗炉中，随后以20 ℃/min的速率随炉升温至550 ℃，并于该温度下保温8 h。
（2）γ′相初始固溶温度下的升温
本实施例的锻造态镍基粉末高温合金的γ′相初始固溶温度为702 ℃，γ′相完全固溶温度为1157 ℃。
将在中低温下保温后的合金继续以15 ℃/ min的速率升温至702 ℃，随后放缓升温速率，以0.5 ℃/ min升温至1157 ℃。
（3）γ′相完全固溶温度下的保温
将升温至1157 ℃的合金继续以15 ℃/ min的速率升温至1190℃，并保温1 h后空冷。
实施例1~实施例3的锻造态镍基粉末高温合金过固溶热处理后的金相示意图如图1~图3所示，从图中对比可见，采用本发明的技术方案，实施例1~实施例3的锻造态镍基粉末高温合金经过处理后，可以发现，合金经本发明设计的制度进行热处理后，并无异常长大晶粒，且晶粒尺寸的均匀性良好。
上述实施例的处理方法中，中低温阶段进行保温，释放部分因锻造而形成的内应力，在γ′相初溶温度至γ′相完全固溶温度区间进行缓慢升温，调控γ′分布的同时溶解部分细小的γ′相以及减少大块状γ′相的尺寸，并且进一步释放合金内应力，避免快速升温至最高温度后γ′相迅速溶解的同时因应缺少γ′相的钉扎作用及力分布不均匀造成的晶粒尺寸长大不一的情况，在最高温时进行保温后快速冷却，使晶粒长大的同时，保持合金的过饱和状态，为后续时效准备，使合金具有较好的强度和蠕变性能。
对比案例
为进一步突出本发明的优势，现设置对比案例进行说明，将锻造态镍基粉末高温合金置于马弗炉中，随后以10 ℃/min的速率随炉升温至1190℃，并保温1 h后空冷，随后空冷。如图4所示，可以发现，合金通过常规一步升温的制度进行热处理后，部分晶粒尺寸异常粗大，且晶粒尺寸的均匀性较差。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.使锻造态镍基粉末高温合金晶粒尺寸均匀化的热处理方法，其特征在于：其包括：
步骤S1，将锻造态镍基粉末高温合金升温至550 ℃ ~ 650 ℃后进行保温；
步骤S2，继续随炉升温至γ′相初溶温度，随后以0.1 ℃/ min ~ 1 ℃/ min的升温速率缓慢升温至镍基粉末高温合金的γ′相完全固溶温度；
步骤S3，以超过10 ℃/ min的升温速度快速升温至镍基粉末高温合金的γ′相过固溶温度，保温一段时间后迅速冷却。
2.根据权利要求1所述的使锻造态镍基粉末高温合金晶粒尺寸均匀化的热处理方法，其特征在于：步骤S1中，升温速率为5 ℃/ min ~ 20 ℃/ min，保温时间为3 h ~ 8 h。
3.根据权利要求2所述的使锻造态镍基粉末高温合金晶粒尺寸均匀化的热处理方法，其特征在于：步骤S1中，将锻造态镍基粉末高温合金升温至600 ℃ ~ 650 ℃后进行保温。
4.根据权利要求3所述的使锻造态镍基粉末高温合金晶粒尺寸均匀化的热处理方法，其特征在于：步骤S2中，继续随炉升温至γ′相初溶温度的升温速率为5 ℃/ min ~ 20 ℃/min，升温至镍基粉末高温合金的γ′相完全固溶温度的升温速率为0.1 ℃/ min ~ 1 ℃/min。
5.根据权利要求1所述的使锻造态镍基粉末高温合金晶粒尺寸均匀化的热处理方法，其特征在于：步骤S3中，所述镍基粉末高温合金的γ′相过固溶温度为超过镍基粉末高温合金的γ′相完全固溶温度30 ℃ ~ 40 ℃。
6.根据权利要求5所述的使锻造态镍基粉末高温合金晶粒尺寸均匀化的热处理方法，其特征在于：步骤S3中，升温至镍基粉末高温合金的γ′相过固溶温度的升温速率为10 ℃/min ~ 20 ℃/ min，保温时间为1 h ~ 3 h。
7.根据权利要求5所述的使锻造态镍基粉末高温合金晶粒尺寸均匀化的热处理方法，其特征在于：步骤S3中冷却方式为将保温后的合金拿出后进行空冷或气冷。
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