一种预防单晶高温合金叶片局部再结晶的方法技术

本发明专利技术公开了一种预防单晶高温合金叶片局部再结晶的方法，按照先后顺序包括以下步骤：将单晶高温合金叶片放置于真空热处理炉内，进行回复处理；从真空热处理炉内取出单晶高温合金叶片，对叶片局部直接进行机械抛磨；将机械抛磨后的单晶高温合金叶片进行清洗，然后采用局部电解加工或者化学腐蚀的方式去除机械抛磨的痕迹；将单晶高温合金叶片进行固溶时效处理。本发明专利技术的技术方案能够有效的预防由于叶片结构复杂原因在铸造过程中局部存在较大的铸造残余应力而导致单晶高温合金叶片在后续固溶热处理过程中产生再结晶。后续固溶热处理过程中产生再结晶。后续固溶热处理过程中产生再结晶。

【技术实现步骤摘要】
一种预防单晶高温合金叶片局部再结晶的方法


[0001]本专利技术属于航空发动机涡轮叶片制造
，具体涉及一种预防单晶高温合金叶片局部再结晶的方法。

技术介绍

[0002]涡轮叶片是涡轮发动机中最关键的零件之一，它的工作环境恶劣，同时承受高温、高应力。单晶高温合金几乎消除了所有晶界，具有良好的高温综合性能，被认为是制造先进航空发动机和地面燃机涡轮叶片的关键材料。
[0003]对于单晶高温合金而言，为了获得良好的力学性能，通常采用完全热处理的方法，但固溶处理温度高，再结晶倾向大。一方面，相对于铸造凝固过程中产生的晶界，再结晶的晶界强度明显较低；另一方面，再结晶产生横向晶界，形成了叶片的薄弱环节，严重影响了叶片的性能。因此，单晶高温合金和定向柱晶叶片必须尽量避免再结晶的产生。
[0004]叶片在定向凝固过程中，由于叶片的形状复杂，所以凝固冷却过程中的收缩局部存在过大的铸造残余应力集中，待定向凝固完成后，较大的铸造残余应力会导致后续在固溶热处理过程中容易出现再结晶缺陷。
[0005]再结晶的形成是因为叶片在制备过程中铸造应力或外来应力在叶片内产生了一定的塑性变形，贮存了一定的应变能，在后续高温热处理过程中，应变能以再结晶的形式释放出来。铸造过程中因凝固收缩等产生铸造应力导致的塑性变形，如果密度较大就会造成热处理过程中形成再结晶，这种再结晶通常位置较为固定，并具有重复性强、尺寸大、数量少等特征。一般情况下，若叶片表面出现这种再结晶，则会造成整个叶片报废，这也是制约叶片合格率的一大重要因素。因此，急需开发一种预防单晶高温合金叶片局部再结晶的方法，以降低叶片产生再结晶的风险，进而提高叶片制造合格率。
[0006]申请公布号为CN107557869A的专利技术专利公开了一种避免单晶高温合金涡轮叶片铂丝芯撑位置再结晶的方法，对叶片芯撑位置采用手持打磨机打磨+毡轮低应力抛光+化学腐蚀表面处理+阶梯式回复热处理的顺序方式，减小叶片芯撑位置的塑性应变层及残余应力；化学腐蚀的腐蚀液为过氧化氢和盐酸，腐蚀液体积配比为H2O2:HCl＝1:8
‑
10；阶梯式回复热处理为：(700
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850℃)/(2
‑
4h)+(1200
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1230℃)/(0.5
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1h)+(1250
‑
1270℃)/(0.5
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1h)+(1200
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1230℃)/(0.5
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1h)+(1280
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1300℃)/(0.5
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1h)+(1250
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1270℃)/(0.5
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1h)+(1280
‑
1300℃)/(0.5
‑
1h)，所有升温阶段的升温速率≤10℃/min，保温到时后，采用炉冷至200℃以下出炉。该技术方案是针对单晶高温合金涡轮叶片铂丝芯撑位置设计的避免再结晶的方法，其操作顺序、工艺参数等仅适用于避免叶片铂丝芯撑位置的再结晶，不适用于叶片本体；此外，先进行机械打磨和化学腐蚀，后进行回复热处理，这样的操作顺序不利于促进再结晶形核，所以在后续固溶时效处理时，依然会发生再结晶。

技术实现思路

[0007]单晶高温合金叶片在定向凝固过程中，由于叶片的形状复杂，所以在凝固冷却过
程中的收缩局部存在过大的铸造残余应力集中，在定向凝固完成后，较大的铸造残余应力极易导致在后续固溶热处理过程中出现再结晶缺陷。本专利技术的目的在于预防由于叶片结构复杂原因在铸造过程中局部存在较大的铸造残余应力而导致单晶高温合金叶片在后续固溶热处理过程中产生再结晶。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供一种预防单晶高温合金叶片局部再结晶的方法，按照先后顺序包括以下步骤：
[0009]步骤一：将单晶高温合金叶片放置于真空热处理炉内，进行回复处理；
[0010]步骤二：从真空热处理炉内取出单晶高温合金叶片，对叶片局部直接进行机械抛磨；
[0011]步骤三：将机械抛磨后的单晶高温合金叶片进行清洗，然后采用局部电解加工或者化学腐蚀的方式去除机械抛磨的痕迹；
[0012]步骤四：将单晶高温合金叶片进行固溶时效处理。
[0013]本专利技术的预防单晶高温合金叶片局部再结晶的方法，处理顺序依次为：回复处理、机械抛磨、局部电解加工或者化学腐蚀、固溶时效处理。在本领域中，技术人员普遍认为在单晶高温合金叶片固溶时效处理前应禁止使用机械方式直接处理叶片本体，若直接对叶片本体进行机械处理，则会促进固溶时效过程中再结晶的发生。而本专利技术却克服了技术偏见，在叶片固溶时效处理前使用了机械方式直接处理叶片本体，并结合机械处理前对叶片进行回复处理的步骤，最终有效地避免了单晶高温合金叶片在固溶时效过程中发生再结晶。
[0014]由低温向高温逐步递进的梯度回复处理，能够使铸造残余应力得到有效回复，残余应力较大时，单晶叶片局部表面已经形成了再结晶晶粒的核心。然而高温合金材料的组织结构特征决定了固溶前再结晶晶界迁移阻力大，难以生长。单晶高温合金再结晶过程的控制性环节为形核。
[0015]采用手持式电动、气动或者其他抛磨设备抛修叶片，去除叶片表面应力较大的区域，经过后续处理有效防止固溶处理过程中形核，或者去除回复过程中已经形成的再结晶晶粒核心。
[0016]采用局部电解加工等非机械抛磨的方式去除所有的机械抛磨痕迹，防止抛磨的塑性变形在固溶处理过程中形核。由于机械抛磨在表面会形成严重的塑性变形层，尽管厚度较薄，但在固溶处理过程中依然会促使再结晶晶粒的形成。对于上述小心操作下的机械抛磨，变形层很薄，非机械方式可以有效去除。
[0017]优选的是，步骤一中，采用由低温向高温逐步递进的梯度回复处理工艺，具体工艺为：以2
‑
5℃/min的升温速率，从室温加热到400
‑
600℃，保温5
‑
6h；以2
‑
5℃/min的升温速率，继续加热到650
‑
700℃，保温4
‑
5h；以2
‑
5℃/min的升温速率，继续加热到870
‑
900℃，保温1
‑
2h；以2
‑
5℃/min的升温速率，继续加热到1100
‑
1150℃，保温1
‑
2h；以2
‑
5℃/min的升温速率，继续加热到1200
‑
1250℃，保温0.5
‑
1h；以2
‑
5℃/min的升温速率，继续加热到1250
‑
1280℃，保温0.5
‑
1h；随炉冷却到280
‑
300℃，出炉。
[0018]在上述任一方案中优选的是，步骤二中，采用的机械抛磨工具为手持式电动磨削工具或者手持式气动磨削工具，磨头粒度为80
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预防单晶高温合金叶片局部再结晶的方法，按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：将单晶高温合金叶片放置于真空热处理炉内，进行回复处理；步骤二：从真空热处理炉内取出单晶高温合金叶片，对叶片局部直接进行机械抛磨；步骤三：将机械抛磨后的单晶高温合金叶片进行清洗，然后采用局部电解加工或者化学腐蚀的方式去除机械抛磨的痕迹；步骤四：将单晶高温合金叶片进行固溶时效处理。2.根据权利要求1所述的预防单晶高温合金叶片局部再结晶的方法，其特征在于：步骤一中，采用由低温向高温逐步递进的梯度回复处理工艺，具体工艺为，以2
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5℃/min的升温速率，从室温加热到400
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600℃，保温5
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6h；以2
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5℃/min的升温速率，继续加热到650
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700℃，保温4
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5h；以2
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5℃/min的升温速率，继续加热到870
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900℃，保温1
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2h；以2
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5℃/min的升温速率，继续加热到1100
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1150℃，保温1
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2h；以2
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5℃/min的升温速率，继续加热到1200
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1250℃，保温0.5
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1h；以2
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5℃/min的升温速率，继续加热到...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金乾，李嘉荣，史报学，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：