一种第二代镍基单晶高温合金的重熔热处理工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种第二代镍基单晶高温合金的重熔热处理工艺，首先在初熔温度以上进行一定时间的热处理，极大的减小了Re、W等难溶元素的偏析，然后进行短时间逐级升温的阶梯式固溶处理，消除因高温产生的初熔组织。本发明专利技术通过两次固溶处理工艺，在不损害微观组织的前提下扩大了第二代镍基单晶高温合金的热处理窗口，提高了固溶处理的上限温度，从而极大的改善各元素的均匀化程度，有效提高合金的高温性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种第二代镍基单晶高温合金的重熔热处理工艺


[0001]本专利技术属于第二代镍基单晶高温合金热处理
，尤其涉及一种第二代镍基单晶高温合金的重熔热处理工艺。

技术介绍

[0002]高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，具有良好的高温强度、蠕变抗力和组织稳定性。而单晶高温合金减少了晶界强化元素使用，其综合性能也有很大改进，并广泛应用于先进航空发动机和燃气轮机叶片上。第二代单晶高温合金由于加入了2
‑
3 wt.%的Re元素，大幅提升了承温能力与高温蠕变性能。目前我国已经在第二代镍基单晶高温合金材料的研发上取得了重要进展。经由定向凝固技术获得的镍基单晶高温合金，其微观组织中通常存在着大量粗大的γ/γ
′
共晶，破坏了单晶的完整性，容易产生应力集中，影响合金的力学性能。此外，在枝晶干与枝晶间区域存在元素偏析，且主要强化相γ
′
相的尺寸和分布也非常不均匀，因此工业上通常采取多级固溶处理工艺以消除共晶、减小元素偏析，并采取多步时效处理工艺以调控γ
′
相立方度，改善合金的微观组织。
[0003]而随着镍基单晶高温合金的发展，合金内难熔元素含量不断提高，其添加元素种类多，比例大，尤其是第二代以后的单晶高温合金，伴随着Re的引入，增大了合金体系的不稳定性，显著提高合金中各元素的互扩散系数，加重了合金的元素偏析。偏析的增大使枝晶间容易发生初熔，同时在服役时更容易析出TCP相，危害合金的力学性能，而工业传统的热处理工艺难以满足当下日益增长的对组织性能的要求，亟需进行改进。
[0004]由于偏析的加剧会导致初熔现象的发生，极大缩小了热处理窗口。但难熔元素本身扩散系数高出其他元素几个数量级，均匀化过程需要的时间和温度大大增加。而传统二代单晶高温合金并的峰值热处理温度并不能达到此温度条件，并且长时间的固溶处理也会导致固溶微孔的增加。同时，Ta元素也被证实在第二代镍基单晶高温合金中具上坡扩散行为，不同的热处理工艺也会对γ
′
相形状、尺寸、比例、错配关系以及共晶相、以及基体通道宽度等产生影响，这些因素都大大增加了固溶处理的难度。因此，在镍基单晶高温合金领域，如何同时做到既能改善元素偏析情况，又能避免初熔现象的发生，优化热处理组织，亟需提出具体的解决方案。
[0005]经过对现有技术的文献检索发现：文献“王欢，宁礼奎等人在稀有金属材料与工程发表的
”ꢀ
两种热处理对镍基单晶高温合金CMSX
‑
4微观组织和持久性能的影响”中通过直接在初熔温度以上进行重熔热处理提高了合金的高温持久性能，但组织中保留了大量的初熔共晶，并未考虑进行后续的组织优化。
[0006]文献“Tianwei Cheng，Yan Wang等人在Materials Characterization发表的
”ꢀ
Effect of remelting solution heat treatment on microstructure evolution of nickel
‑
based single crystal superalloy DD5”中对DD5合金进行了重熔热处理，但热处理时间过短，在组织中仍存在着明显的Re等元素的偏析，而如何在控制初熔组织的前提下
通过长时间的重熔处理以消除偏析仍然是一种挑战。
[0007]公开号为CN 105755544 A的专利对相关合金原有工艺进行了优化，但只是简单提高了合金的原有固溶温度，其改善偏析与优化组织的效果有限。
[0008]公开号为CN 113528993 A的专利涉及了一种针对第三代镍基单晶高温合金的热处理方法，虽然有效的降低了难溶元素偏析水平，但合金中存在大量固溶孔洞，并且容易发生初熔。

技术实现思路

[0009]为了减少元素偏析，提高产品的服役性能，同时避免初熔的发生，改善合金的热处理组织，本专利技术提出了一种第二代镍基单晶高温合金的固溶处理方法。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：提供一种第二代镍基单晶高温合金的重熔热处理工艺，包括：将第二代镍基单晶高温合金试棒放置于热处理炉内；在所述热处理炉中，将所述第二代镍基单晶高温合金试棒从室温升高至1325
‑
1330℃，并保温480min；保温结束后开炉取出，将所述第二代镍基单晶高温合金试棒空冷至室温，得到经一次固溶处理的第二代镍基单晶高温合金试棒；将所述经一次固溶处理后的第二代镍基单晶高温合金试棒放置于热处理炉内；在热处理炉中，将所述第二代镍基单晶高温合金试棒从室温升高至1277
‑
1283℃，并保温60min；保温结束后升温至1287
‑
1293℃，并保温120min；保温结束后升温至1297
‑
1303℃，并保温180min；保温结束后开炉取出，将所述第二代镍基单晶高温合金试棒空冷至室温，得到经过两次固溶处理的第二代镍基单晶高温合金试棒。
[0011]作为本专利技术的进一步说明，所述热处理工艺还包括：将所述经过两次固溶处理后的第二代镍基单晶高温合金试棒放置于热处理炉内；在所述热处理炉中，将所述第二代镍基单晶高温合金试棒从室温升高至1140℃，并保温240min；保温结束后开炉取出，将所述第二代镍基单晶高温合金试棒空冷至室温，得到一次时效处理的第二代镍基单晶高温合金试棒。
[0012]作为本专利技术的进一步说明，所述热处理工艺还包括：将经过所述一次时效处理后的第二代镍基单晶高温合金试棒放置于热处理炉内；在热处理炉中，将所述第二代镍基单晶高温合金试棒从室温升高至870℃，并保温960min；保温结束后开炉取出，将所述第二代镍基单晶高温合金试棒空冷至室温，得到二次时效处理的第二代镍基单晶高温合金试棒。
[0013]可选的，对上述经过完整热处理后的第二代镍基单晶高温合金进行热等静压处理，可进一步减少微孔，提高力学性能。
[0014]作为本专利技术的进一步说明，所述第二代镍基单晶高温合金的组成按重量百分比包括：Al：5.45%~5.75%；Co：9.3%
‑
10.0%；Cr：6.2%
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6.6%；Hf：0.07%
‑
0.12%；Mo：0.5%
‑
0.7%；Re：2.8%
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3.2%；Ta：6.3%
‑
6.7%；Ti：0.7%
‑
1.2%；W：6.2%
‑
6.6%。
[0015]作为本专利技术的进一步说明，所述热处理工艺在真空条件下进行，并通入惰性气体。
[0016]作为本专利技术的进一步说明，所述热处理工艺的升温速率为：在1000℃以下，升温速率为9
‑
10℃/min，在1000℃以上，升温速率为2
‑
3℃/min。
[0017]作为本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种第二代镍基单晶高温合金的重熔热处理工艺，其特征在于，包括：将第二代镍基单晶高温合金试棒放置于热处理炉内；在所述热处理炉中，将所述第二代镍基单晶高温合金试棒从室温升高至1325
‑
1330℃，并保温480min；保温结束后开炉取出，将所述第二代镍基单晶高温合金试棒空冷至室温，得到经一次固溶处理的第二代镍基单晶高温合金试棒；将所述经一次固溶处理后的第二代镍基单晶高温合金试棒放置于热处理炉内；在热处理炉中，将所述第二代镍基单晶高温合金试棒从室温升高至1277
‑
1283℃，并保温60min；保温结束后升温至1287
‑
1293℃，并保温120min；保温结束后升温至1297
‑
1303℃，并保温180min；保温结束后开炉取出，将所述第二代镍基单晶高温合金试棒空冷至室温，得到经过两次固溶处理的第二代镍基单晶高温合金试棒。2.根据权利要求1所述的第二代镍基单晶高温合金的重熔热处理工艺，其特征在于，所述热处理工艺还包括：将所述经过两次固溶处理后的第二代镍基单晶高温合金试棒放置于热处理炉内；在所述热处理炉中，将所述第二代镍基单晶高温合金试棒从室温升高至1140℃，并保温240min；保温结束后开炉取出，将所述第二代镍基单晶高温合金试棒空冷至室温，得到一次时效处理的第二代镍基单晶高温合金试棒。3.根据权利要求2所述的第二代镍基单晶高温合金的重熔热处理工艺，其特征在于，所述热处理工艺还包括：将经过所述一次时效处理后的第二代镍基单晶高温合金试棒放置于热处理炉内；在热处理炉中，将所述第二代镍基单晶高温合金试棒从室温升高至870℃，并保温960min；保温结束后开...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊江昆，宋岳林，李金山，王军，唐斌，袁睿豪，王毅，寇宏超，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：