一种通过调控变形温度细化镍基合金锻件晶粒组织的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过调控变形温度细化镍基合金锻件晶粒组织的方法。该方法的步骤如下：(1)将镍基合金锻坯进行固溶处理，然后淬火；(2)对镍基合金锻坯进行塑性变形，其应变速率为0.001s

A method to refine the grain structure of nickel based alloy forgings by controlling the deformation temperature

The present invention discloses a method for refining grain structure of nickel base alloy forgings by controlling deformation temperature. The steps of the method are as follows: (1) the nickel base alloy forging billet is treated by solid solution and then quenched; (2) the plastic deformation of the nickel base alloy forging billet is carried out, and the strain rate is 0.001s

【技术实现步骤摘要】
一种通过调控变形温度细化镍基合金锻件晶粒组织的方法
：本专利技术属于锻造
，涉及一种通过调控变形温度细化镍基合金锻件晶粒组织的方法。
技术介绍
：镍基合金是一种以γ"相(Ni3Nb)为主要强化相，γ'相(Ni3AlTi)为辅助强化相的镍基高温合金。因其在-253℃～700℃温度范围内具有良好综合性能，特别是在650℃下具有高强度、耐高温、抗腐蚀、抗氧化，以及良好的抗蠕变和抗疲劳性能，被广泛应用于制造高品质的航空发动机零部件。热锻造变形工艺是获得均匀且细小晶粒组织的镍基合金锻件的重要途径。在热锻造变形过程中，动态再结晶是一种重要的晶粒细化机制。研究表明，镍基合金发生完全动态再结晶时需要较高的变形温度。当变形温度较低时，发生不完全的动态再结晶将无法得到均匀的细晶组织，同时混晶的存在严重影响了材料的综合性能。当变形温度较高时，虽然能够发生完全动态再结晶，但在变形后期容易诱发动态再结晶晶粒长大，使得晶粒组织粗化，不能达到预期的细化晶粒效果。因此，急需专利技术一种能以相对较小的变形温度获得细化的镍基合金晶粒组织的新方法。目前，在已公开的细化镍基合金晶粒组织制坯的方法中，大多数通过将合金坯料在高温下多次镦粗和拔长来达到细化晶粒的目的。这种工艺相当复杂，工序较多，加工成本高昂，且能源损耗大。因此，有必要提出一种低成本、低耗能的方法达到细化镍基合金锻件晶粒组织的目的。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种调控变形温度细化镍基合金锻件晶粒组织的方法，该方法可以有效地通过调控变形温度细化镍基合金锻件晶粒组织，解决了现有细化镍基合金锻件晶粒组织高成本、高耗能的难题。本专利技术解决上述难题的方案是：步骤1：将镍基合金锻坯进行固溶处理，其固溶温度为1040℃～1060℃，固溶时间为40min～65min，然后淬火；步骤2：对固溶处理的镍基合金锻坯进行塑性变形，其应变速率为0.001s-1～0.1s-1，首先将锻坯加热至变形温度1030℃～1050℃，待保温至锻坯温度均匀后开始变形，该变形过程包括两个阶段，第一阶段的变形量为20％～40％，变形结束时将变形温度降至950℃～1010℃，待保温至锻坯温度均匀后开始第二阶段变形，锻坯在两个阶段的总变形量为60％～70％；步骤3：变形结束后，立即将锻件进行淬火。本专利技术的有益效果为：该方法充分利用了变形储能—动态再结晶的相互作用机制，采用变形温度先高后低的两阶段变形，既保证了完全动态再结晶发生，也限制了动态再结晶晶粒长大。其原理为：第一阶段高变形温度使得锻件内部产生大量的动态再结晶晶核，然后合理降低第二阶段变形温度，使晶界流动速率降低，从而有效地抑制动态再结晶晶粒长大。同时，随着变形程度的增加，动态再结晶形核继续发生，最终在相对较低的变形温度下实现镍基合金的完全动态再结晶，从而达到晶粒细化的目的。附图说明：图1镍基合金锻坯固溶处理后的晶粒组织；图2实施例1的变形温度—应变曲线；图3实施例1采用调控变形温度工艺获得的镍基合金锻件的晶粒组织；图4对比实验采用恒温工艺获得的镍基合金锻件的晶粒组织：(a)变形温度为1040℃；(b)变形温度为980℃；图5实施例2的变形温度—应变曲线；图6实施例2采用调控变形温度工艺获得的镍基合金锻件的晶粒组织。具体实施方式：下面结合附图和具体实施案例对本专利技术进行详细说明。本专利技术为一种通过调控变形温度细化镍基合金锻件晶粒组织的方法，实施案例中使用的商用镍基合金坯料的成分如表1所示，其固溶处理后晶粒组织如图1所示，通过截面法可测得固溶处理后晶粒尺寸为75μm，需要经过锻造变形细化晶粒。表1本专利技术实例中所用材料镍基合金成分(wt.％)实施例1步骤1：将镍基合金锻坯进行固溶处理，其固溶温度为1040℃，固溶时间为45min，然后水淬，得到的晶粒组织如图1所示；步骤2：对固溶处理的镍基合金锻坯进行塑性变形，其应变速率为0.01s-1，首先将锻坯加热至变形温度1040℃，待保温至锻坯温度均匀后开始变形，该变形过程包括两个阶段，第一阶段的变形量为20％(真应变0.22)，变形结束时以5℃/s的冷却速率将变形温度降至980℃，待保温至锻坯温度均匀后开始第二阶段变形，锻坯在两个阶段的总变形量为70％(真应变1.2)，实施例1的变形温度与应变的关系如图2所示；步骤3：变形结束后，立即将锻件进行火冷。对变形后的镍基合金锻件进行金相观察，结果如图3所示。为证明本专利技术方法的可行性，对比图3和图1可知，本专利技术方法可以通过调控变形温度细化了镍基合金锻件的晶粒组织。为进一步证明本专利技术方法的优越性，进行了对比实验，对比实验所选用的应变速率和总变形量与本专利技术实施例1相同，区别在于对比实验是在恒定变形温度(1040℃或者980℃)下完成整个变形过程。图4(a)所示为以恒定变形温度1040℃变形至总变形量70％(真应变1.2)获得的晶粒组织；图4(b)所示为以恒定变形温度980℃变形至总变形量70％(真应变1.2)获得的晶粒组织。对比图3和图4可知，实施例1通过调控变形温度得到的晶粒组织与以恒定变形温度1040℃变形至总变形量70％得到的晶粒组织非常接近，几乎发生了完全的动态再结晶，晶粒组织得到明显的细化，而且实施例1中第二阶段的变形温度只有980℃，有效地节约了能耗。此外，以恒定变形温度980℃变形至总变形量70％得到的晶粒组织，动态再结晶程度不充分，出现了明显的混晶现象，未达到预期细化晶粒的效果。因此，对比实验证明了本专利技术提供的方法具有优越性。实施例2步骤1：将镍基合金锻坯固溶处理，其固溶温度为1040℃，固溶时间为45min，然后淬火，得到的晶粒组织如图1所示；步骤2：对固溶处理的镍基合金锻坯进行塑性变形，其应变速率为0.01s-1，首先将锻坯加热至变形温度1040℃，待保温至锻坯温度均匀后开始变形，该变形过程分为两个阶段，第一阶段的变形量为40％(真应变0.51)，变形结束时以5℃/s的冷却速率将变形温度降至980℃，待保温至锻坯温度均匀后开始第二阶段变形，锻坯在两个阶段的总变形量为70％(真应变1.2)，实施例2的变形温度与应变的关系如图5所示；步骤3：变形完成后，立即将锻件进行淬火。对变形后的镍基合金锻件进行金相观察，结果如图6所示。为证明本专利技术方法的可行性，对比图6和图1可知，本专利技术方法可以通过调控变形温度细化了镍基合金锻件的晶粒组织。为进一步证明本专利技术方法的优越性，进行了对比实验，对比实验所选用的应变速率和总变形量与本专利技术实施例2相同，区别在于对比实验是在恒定变形温度(1040℃或者980℃)下完成整个变形过程。图4(a)所示为以恒定变形温度1040℃变形至总变形量70％(真应变1.2)获得的晶粒组织；图4(b)所示为以恒定变形温度980℃变形至总变形量70％(真应变1.2)获得的晶粒组织。对比图6和图4可知，实施例2通过调控变形温度得到的晶粒组织与以恒定变形温度1040℃变形至总变形量70％得到的晶粒组织非常接近，发生了完全的动态再结晶，且动态再结晶晶粒尺寸更加细小，对锻坯晶粒组织的细化效果更加显著。同时，实施例2中第二阶段的变形温度只有980℃，有效地节约了能耗。此外，以恒定变形温度980℃变形至总变形量70％得到的晶粒组织，动态再结晶程度不完全，出现了明显的混晶现象，未本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过调控变形温度细化镍基合金锻件晶粒组织的方法，其特征在于该方法可以通过调控变形温度细化镍基合金锻件晶粒组织，包括如下步骤：步骤1：将镍基合金锻坯进行固溶处理，其固溶温度为1040℃～1060℃，固溶时间为40min～60min，然后淬火；步骤2：对固溶处理的镍基合金锻坯进行塑性变形，其应变速率为0.001s

【技术特征摘要】
1.一种通过调控变形温度细化镍基合金锻件晶粒组织的方法，其特征在于该方法可以通过调控变形温度细化镍基合金锻件晶粒组织，包括如下步骤：步骤1：将镍基合金锻坯进行固溶处理，其固溶温度为1040℃～1060℃，固溶时间为40min～60min，然后淬火；步骤2：对固溶处理的镍基合金锻坯进行塑性变形，其应变速率为0.001s-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔺永诚，吴凡，陈明松，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43