一种镍基单晶高温合金的恢复热处理方法技术

本发明专利技术提供了一种镍基单晶高温合金的恢复热处理方法，属于合金材料修复技术领域。本发明专利技术通过在特定条件下对待修复镍基单晶高温合金进行固溶处理，可使强化相γ'相及蠕变损伤产生的TCP相等杂质相全部固溶至γ基体，形成γ相单相组织；之后在特定条件下对所得固溶镍基单晶高温合金进行时效处理，可获得合适形貌、尺寸和体积分数的γ'相，γ'相以界面共格的形式从γ相中析出，形成排列规整的立方状结构，使合金组织恢复至初始形貌，同时基本恢复合金的蠕变性能，延长合金使用寿命，节约成本。节约成本。节约成本。

【技术实现步骤摘要】
一种镍基单晶高温合金的恢复热处理方法


[0001]本专利技术涉及合金材料修复
，尤其涉及一种镍基单晶高温合金的恢复热处理方法。

技术介绍

[0002]镍基单晶高温合金涡轮叶片是先进航空发动机的关键部件之一，通常服役于高温、高压的复杂环境，并且承受高温燃气的腐蚀与冲刷，承受力学载荷复杂，服役环境苛刻。因此镍基单晶高温合金涡轮叶片在服役时不可避免的会产生组织和性能的退化，甚至失效断裂。据统计，涡轮叶片失效占航空发动机总故障的40％以上，因此需要定期翻修或更换涡轮叶片。但是，随着先进航空发动机的发展，镍基单晶高温合金的代次越来越高，生产工艺的复杂化和难熔元素含量的增多使其成本越来越高。因此，人们越来越重视通过翻修处理来恢复涡轮叶片的性能。
[0003]恢复热处理技术主要通过不同温度和时间的热处理，将合金内部的强化相重新固溶进基体再析出，使服役后合金组织基本或完全恢复至初始形貌，以达到恢复性能的目的。对于实际服役镍基单晶高温合金涡轮叶片而言，叶身段的损伤通常较为严重，其损伤类型与合金高温低应力蠕变损伤相似。但相对等轴铸造合金和定向凝固铸造合金而言，镍基单晶高温合金的成分更加复杂，目前对镍基单晶高温合金的恢复热处理研究仍然较为有限。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种镍基单晶高温合金的恢复热处理方法，采用本专利技术提供的方法能够对镍基单晶高温合金进行修复，使其组织恢复至原始形貌，同时基本恢复合金的蠕变性能，延长合金使用寿命，节约成本。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种镍基单晶高温合金的恢复热处理方法，包括以下步骤：
[0007]将待修复镍基单晶高温合金在真空或保护气氛中进行固溶处理，得到固溶镍基单晶高温合金；所述固溶处理包括：以第一升温速率自第一初始温度升温至第一固溶处理温度保温12～16h，之后以第二升温速率自第一固溶处理温度升温至第二固溶处理温度保温8～12h，再采用气淬的冷却方式以第一降温速率降温至<300℃；其中，所述第一初始温度<100℃，所述第一升温速率为5～10℃/min，所述第一固溶处理温度为(T
s,γ'
+5℃)
±
5℃，所述T
s,γ'
为镍基单晶高温合金中γ'相的起始固溶温度；所述第二升温速率为3～5℃/min，所述第二固溶处理温度为T
f,γ'
±
5℃，所述T
f,γ'
为所述γ'相的完全固溶温度；所述第一降温速率为200～300℃/min；
[0008]将所述固溶镍基单晶高温合金在真空或保护气氛中进行时效处理，得到修复镍基单晶高温合金；所述时效处理包括：以第三升温速率自第二初始温度升温至时效处理温度保温2～4h，之后采用气淬的冷却方式以第二降温速率降温至<300℃；其中，所述第二初始温度<100℃，所述第三升温速率为5～10℃/min，所述时效处理温度为1050～1110℃；所述
第二降温速率为200～300℃/min。
[0009]优选地，所述待修复镍基单晶高温合金为第二镍基单晶高温合金或第三代镍基单晶高温合金。
[0010]优选地，所述待修复镍基单晶高温合金为第二蠕变阶段结束以前存在组织损伤的镍基单晶高温合金。
[0011]优选地，所述待修复镍基单晶高温合金的蠕变应变量≤2.5％。
[0012]优选地，所述待修复镍基单晶高温合金为镍基单晶高温合金涡轮叶片。
[0013]优选地，当所述待修复镍基单晶高温合金为镍基单晶高温合金涡轮叶片时，所述固溶处理前还包括：对所述镍基单晶高温合金涡轮叶片进行腐蚀处理。
[0014]优选地，以所述镍基单晶高温合金涡轮叶片的表面为基准，经所述腐蚀处理产生的腐蚀深度为(d+10)～(d+50)μm，所述d为所述镍基单晶高温合金涡轮叶片表面剩余涂层以及剩余涂层下方二次反应区的总厚度。
[0015]优选地，所述腐蚀处理的方法包括化学腐蚀或电化学腐蚀。
[0016]优选地，所述固溶处理和时效处理在真空气淬炉中进行。
[0017]优选地，当所述固溶处理和时效处理在保护气氛中进行时，所述固溶处理和时效处理的升温以及保温过程在气压<1
×
105Pa条件下进行。
[0018]本专利技术提供了一种镍基单晶高温合金的恢复热处理方法。本专利技术通过在特定条件下对待修复镍基单晶高温合金进行固溶处理，可使强化相γ'相及蠕变损伤产生的TCP相等杂质相全部固溶至γ基体，形成γ相单相组织；之后在特定条件下对所得固溶镍基单晶高温合金进行时效处理，可获得合适形貌、尺寸和体积分数的γ'相，γ'相以界面共格的形式从γ相中析出，形成排列规整的立方状结构，使合金组织恢复至初始形貌，同时基本恢复合金的蠕变性能，延长合金使用寿命，节约成本。
附图说明
[0019]图1为实施例1中服役后涡轮叶片榫头处组织的SEM图；
[0020]图2为实施例1中服役后涡轮叶片叶身段中心处组织的SEM图；
[0021]图3为实施例1中修复涡轮叶片叶身段中心处组织的SEM图；
[0022]图4为实施例1中原始制备态涡轮叶片和修复涡轮叶片拉伸试样的蠕变曲线；
[0023]图5为对比例1中修复涡轮叶片的光学显微图；
[0024]图6为实施例2中蠕变应变量为2.5％时所得蠕变损伤试样合金显微组织的SEM图；
[0025]图7为实施例2中修复试样合金显微组织的SEM图。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供了一种镍基单晶高温合金的恢复热处理方法，包括以下步骤：
[0027]将待修复镍基单晶高温合金在真空或保护气氛中进行固溶处理，得到固溶镍基单晶高温合金；所述固溶处理包括：以第一升温速率自第一初始温度升温至第一固溶处理温度保温12～16h，之后以第二升温速率自第一固溶处理温度升温至第二固溶处理温度保温8～12h，再采用气淬的冷却方式以第一降温速率降温至<300℃；其中，所述第一初始温度<100℃，所述第一升温速率为5～10℃/min，所述第一固溶处理温度为(T
s,γ'
+5℃)
±
5℃，所
述T
s,γ'
为镍基单晶高温合金中γ'相的起始固溶温度；所述第二升温速率为3～5℃/min，所述第二固溶处理温度为T
f,γ'
±
5℃，所述T
f,γ'
为所述γ'相的完全固溶温度；所述第一降温速率为200～300℃/min；
[0028]将所述固溶镍基单晶高温合金在真空或保护气氛中进行时效处理，得到修复镍基单晶高温合金；所述时效处理包括：以第三升温速率自第二初始温度升温至时效处理温度保温2～4h，之后采用气淬的冷却方式以第二降温速率降温至<300℃；其中，所述第二初始温度&本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍基单晶高温合金的恢复热处理方法，包括以下步骤：将待修复镍基单晶高温合金在真空或保护气氛中进行固溶处理，得到固溶镍基单晶高温合金；所述固溶处理包括：以第一升温速率自第一初始温度升温至第一固溶处理温度保温12～16h，之后以第二升温速率自第一固溶处理温度升温至第二固溶处理温度保温8～12h，再采用气淬的冷却方式以第一降温速率降温至<300℃；其中，所述第一初始温度<100℃，所述第一升温速率为5～10℃/min，所述第一固溶处理温度为(T
s,γ'
+5℃)
±
5℃，所述T
s,γ'
为镍基单晶高温合金中γ'相的起始固溶温度；所述第二升温速率为3～5℃/min，所述第二固溶处理温度为T
f,γ'
±
5℃，所述T
f,γ'
为所述γ'相的完全固溶温度；所述第一降温速率为200～300℃/min；将所述固溶镍基单晶高温合金在真空或保护气氛中进行时效处理，得到修复镍基单晶高温合金；所述时效处理包括：以第三升温速率自第二初始温度升温至时效处理温度保温2～4h，之后采用气淬的冷却方式以第二降温速率降温至<300℃；其中，所述第二初始温度<100℃，所述第三升温速率为5～10℃/min，所述时效处理温度为1050～1110℃；所述第二降温速率为200～300℃/min。2.根据权利要求1所述的镍基单晶高温合金的恢复热处理方法，其特征在于，所述待修复镍基单晶高温合金为第二镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：茹毅，胡云鹏，周希晨，张恒，赵文月，裴延玲，李树索，宫声凯，肖清云，张昊，古鸣，陈犇，
申请(专利权)人：中国航发贵州黎阳航空动力有限公司，
类型：发明
国别省市：