一种高性能镍基合金变形涡轮盘锻件的制备方法技术

本申请提供了一种高性能镍基合金变形涡轮盘锻件的制备方法属于材料冶金及热加工技术领域，具体包括如下步骤：1、铸锭冶炼，采用真空感应制备电极，随后采用电渣重熔连续定向凝固双联或三联工艺制备铸锭；2、铸锭均匀化热处理，温度范围1160

【技术实现步骤摘要】
一种高性能镍基合金变形涡轮盘锻件的制备方法


[0001]本申请涉及材料冶金及热加工的领域，尤其是涉及一种高性能镍基合金变形涡轮盘锻件的制备方法。

技术介绍

[0002]高合金化的镍基变形(铸&锻)高温合金由于具有优异的强度、抗蠕变、抗氧化及抗疲劳等综合力学性能，同时铸锭冶金工艺拥有纯净度高的天然优势，并具备制造成本低的优点，被选用制造先进航空航天发动机涡轮盘、轴等旋转部件。以涡轮盘为例，轮缘通常比轮毂承受的温度场数值更高，需要具备更高的抗高温蠕变性能和抗疲劳裂纹扩展能力，以及可接受的强度和疲劳性能，因此轮缘需要更粗的晶粒组织。现有技术通常采用梯度热处理方式获得轮缘粗晶、轮毂细晶的双组织涡轮盘，但是铸锭冶金工艺生产的涡轮盘存在源于铸锭遗传的微观枝晶偏析，因此在梯度热处理时，轮缘处组织不能够均匀的长大，因而会出现严重混晶组织，降低涡轮盘性能的一致性和稳定性，降低超声波可探性，给发动机服役可靠性带来隐患。现有技术中铸锭冶金工艺生产的铸锭直径锭型大，导致枝晶偏析程度大，开坯后棒坯或锻坯制备多采用在较低温度下的反复镦拔或多向锻造等热加工手段获得均匀的细晶组织，但是这种细晶组织中一次γ
′
相尺寸含量高、尺寸粗化严重，导致微观尺度范围存储能量的不一致，既影响晶粒随后出现的不均匀长大，又直接影响合金中细小共格γ
′
相的析出来充分发挥合金力学性能潜力，因此难以得到理想的组织和性能。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本申请提供一种高性能镍基合金变形涡轮盘锻件的制备方法，解决了现有技术中变形高温合金制备双组织涡轮盘锻件出现的问题，提高共格γ
′
相的面积分数，最后通过梯度热处理在轮缘获得级差小的粗晶组织，保持轮毂的细晶组织，获得满足服役环境条件的组织和优异综合力学性能。
[0004]本申请提供的一种高性能镍基合金变形涡轮盘锻件的制备方法采用如下的技术方案：
[0005]一种高性能镍基合金变形涡轮盘锻件的制备方法，所述高性能镍基合金中γ
′
相强化相总含量不小于35％，所述制备方法包括如下步骤：
[0006]步骤1，铸锭冶炼，然后高温均匀化退火；
[0007]步骤2，锻造制坯；
[0008]步骤3，热挤压成形；
[0009]步骤4，模锻成形；
[0010]步骤5，热处理。
[0011]可选的，所述高性能镍基合金包括如下质量百分比的成分组成：C：0.005
‑
0.060wt％，Co：12
‑
21wt％，Cr：10
‑
18wt％，W：2.0
‑
5.0wt％，Mo：2.0
‑
5.0wt％，Ti：2.0
‑
6.0wt％，Al：2.0
‑
4.0wt％，Ta：0
‑
5.0％，B：0.010
‑
0.020wt％，Zr：0.030
‑
0.060wt％，Nb：
0.5
‑
4.0wt％，Fe：≤1％，余量为Ni及杂质。
[0012]可选的，所述步骤1的铸锭冶炼具体包括：采用真空感应制备电极，然后采用电渣重熔或真空自耗重熔或电渣重熔加真空自耗重熔组合进行铸锭的冶炼，所述高性能镍基合金铸锭直径不大于406mm，高径比不小于4；
[0013]所述高性能镍基合金铸锭横截面的二分之一半径处的二次枝晶间距不大于80um，铸锭横截面心部的二次枝晶间距不大于100um。
[0014]可选的，所述步骤1中高温均匀化退火的最高温度范围1160
‑
1200℃，保温时间不少于72h。
[0015]可选的，所述步骤2中的锻造制坯，采用胎膜进行约束锻造，每一火次变形量不大于20％，约束锻造坯料加热温度为Ts
‑
20℃至Ts+30℃范围，其中Ts为γ
′
相全溶温度，锻造火次不少于3；
[0016]胎膜约束锻造后得到圆柱形坯料，随后进行调质热处理，得到坯料的平均晶粒度范围为2
‑
5级，级差不大于2级，经过机加工后高度/直径比不小于1，表面粗糙度不大于3.2um。
[0017]可选的，所述步骤3具体包括，对所述步骤2得到的坯料，进行软包套加硬包套，并喷涂玻璃防护润滑剂后进行热挤压，挤压比为4
‑
6，挤压锻造温度为Ts
‑
100℃至Ts范围，挤压后得到的棒坯平均晶粒度范围为8
‑
11级，级差不大于2级。
[0018]可选的，所述热挤压后的棒坯中一次γ
′
相的平均尺寸不大于1.5um，一次γ
′
相面积分数不超过γ
′
相总含量的20％。
[0019]可选的，所述棒坯进行高灵敏度的水浸探伤，采用φ0.4mm平底孔试块，将平底孔反射波调整至荧光屏的80％，并增加12dB作为扫查灵敏度，噪声水平低于40％，不存在尺寸当量超过φ0.4
‑
12dB的缺陷。
[0020]可选的，所述步骤4中的模锻，根据需要对挤压棒坯进行按尺寸分料，进行模锻成型，模锻温度为Ts
‑
50℃至Ts范围，得到锻件的晶粒度为8
‑
11级，一次γ
′
相的平均尺寸不大于2.5um，一次γ
′
相面积分数不超过γ
′
相总含量的25％。
[0021]可选的，所述步骤5包括固溶热处理和时效热处理，所述固溶热处理步骤中的梯度热处理可实现轮缘固溶加热温度为Ts
‑
20℃至Ts+20℃范围，得到粗晶晶粒度为6
‑
7级，轮毂加热温度为Ts
‑
50℃至Ts范围，保持细晶8
‑
11级，所述固溶热处理步骤中的亚固溶热处理为锻件整体进行固溶热处理，固溶加热温度为Ts
‑
50℃至Ts范围，最后进行时效处理温度范围650℃
‑
850℃，时间4
‑
16h。
[0022]综上所述，本申请包括以下有益技术效果：
[0023]1、基于元素偏析和组织遗传的思想，通过控制初始组织的微观偏析程度，获得最终组织的可控的微观学晶粒组织，经过梯度热处理后轮缘的粗晶组织晶粒更均匀、晶粒度级差小，达到理想的力学性能。
[0024]2、多个工序的前后匹配性控制，有效减少一次γ
′
相的数量并抑制粗化，增加了共格γ
′
相的数量，改善力学性能。
[0025]3、通过匹配性的多个参数控制，采用热挤压工艺获得均匀性细晶组织，避免常规反复镦拔或多向锻造方式，加工工序少，制造周期更短。
[0026]4、通过调质处理后的组织控制，结合挤压过程中热加工参数，得到理想的挤压棒
坯组织，可为实现最终的锻件和热处理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能镍基合金变形涡轮盘锻件的制备方法，其特征在于，所述高性能镍基合金中γ
′
相强化相总含量不小于35％，所述制备方法包括如下步骤：步骤1，铸锭冶炼，然后高温均匀化退火；步骤2，锻造制坯；步骤3，热挤压成形；步骤4，模锻成形；步骤5，热处理。2.根据权利要求1所述的高性能镍基合金变形涡轮盘锻件的制备方法，其特征在于，所述高性能镍基合金包括如下质量百分比的成分组成：C：0.005
‑
0.060wt％，Co：12
‑
21wt％，Cr：10
‑
18wt％，W：2.0
‑
5.0wt％，Mo：2.0
‑
5.0wt％，Ti：2.0
‑
6.0wt％，Al：2.0
‑
4.0wt％，Ta：0
‑
5.0％，B：0.010
‑
0.020wt％，Zr：0.030
‑
0.060wt％，Nb：0.5
‑
4.0wt％，Fe：≤1％，余量为Ni及杂质。3.根据权利要求1所述的高性能镍基合金变形涡轮盘锻件的制备方法，其特征在于，所述步骤1的铸锭冶炼具体包括：采用真空感应制备电极，然后采用电渣重熔或真空自耗重熔或电渣重熔加真空自耗重熔组合进行铸锭的冶炼，所述高性能镍基合金铸锭直径不大于406mm，高径比不小于4；所述高性能镍基合金铸锭横截面的二分之一半径处的二次枝晶间距不大于80um，铸锭横截面心部的二次枝晶间距不大于100um。4.根据权利要求1所述的高性能镍基合金变形涡轮盘锻件的制备方法，其特征在于，所述步骤1中高温均匀化退火的最高温度范围1160
‑
1200℃，保温时间不少于72h。5.根据权利要求1所述的高性能镍基合金变形涡轮盘锻件的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的锻造制坯，采用胎膜进行约束锻造，每一火次变形量不大于20％，约束锻造坯料加热温度为Ts
‑
20℃至Ts+30℃范围，其中Ts为γ
′
相全溶温度，锻造火次不少于3；胎膜约束锻造后得到圆柱形坯料，随后进行调质热处理，得到坯料的平均晶粒度范围为2
‑
5级，级差不大于2级，经过机加工后高度/直径...

【专利技术属性】
技术研发人员：伏宇，田伟，何爱杰，钟燕，贺进，白云瑞，康亚杰，张少平，郭会明，吴俊杰，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：