一种GH4099镍基合金构件及其粉末冶金成形工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种GH4099镍基合金构件及其粉末冶金成形工艺，属于粉末冶金高温合金技术领域。该工艺是将GH4099镍基合金粉料进行热等静压成形得到粉末坯料，再对粉末坯料进行热处理，得到形状及力学性能均满足要求的GH4099镍基合金构件。本发明专利技术通过热等静压成形GH4099粉末，实现精度更高、复杂程度更高的构件制造，实现了复杂构件的快速制造与直接制造。可保证粉末构件的成形质量，组织均匀，无气孔、裂纹及未熔颗粒等缺陷。使高温合金热等静压成形构件综合力学性能达到锻件水平，从而提高了高温合金构件的综合力学性能，从而拓展了应用范围。从而拓展了应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种GH4099镍基合金构件及其粉末冶金成形工艺


[0001]本专利技术涉及粉末冶金高温合金
，具体涉及一种GH4099镍基合金构件及其粉末冶金成形工艺。

技术介绍

[0002]GH4099合金是我国冶金与航空工业部门大力协同自行研制的一种高温合金，最初设计用于航空燃气涡轮发动机加力燃烧室筒体。成分与苏联的ЭП693合金相近，是一种以Ni、Co为基体，采用W、Mo、Cr等合金元素进行固溶强化，Al、Ti元素为时效强化元素的典型的时效强化型镍基高温合金，该合金使用温度可达1000℃，具有优异的综合力学性能。
[0003]目前GH4099合金常用的制备方法为轧制和锻造，然而由于镍基高温合金强度和硬度高、塑性加工过程中变形能力差，试样易发生开裂导致成品率较低；同时轧制和锻造产品的材料利用率较低，使得相关产品的成本居高不下。粉末冶金法(Powder metallurgy,PM)能够制备材料组织细小、成分均匀、无宏观偏析、力学性能优异、稳定性良好且制造周期短、可近净成形复杂形状零部件且材料利用率高成为高温合金构件的理想制备方法之一，受到了研究者的广泛关注。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种GH4099镍基合金构件及其粉末冶金成形工艺，该工艺可保证粉末构件的成形质量，组织均匀，无气孔、裂纹及未熔颗粒等缺陷，从而提高了合金构件的综合力学性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种GH4099镍基合金构件的粉末冶金成形工艺，该粉末冶金成形工艺具体包括以下步骤：
[0007](1)准备GH4099预合金粉末，将粉末进行筛分以得到尺寸小于等于106微米的粉末，将筛分出的粉末装入碳钢或不锈钢包套中，高温除气并封焊；
[0008](2)热等静压处理：将步骤(1)获得的装有粉末的包套放入热等静压设备中，以同时升温升压的方式达到预定温度T1和压力F1后进行保温保压处理，以保证材料组织致密化；
[0009](3)停止加热，随炉冷却至室温，获得GH4099合金构件坯料；
[0010](4)对步骤(3)合金构件坯料进行热处理，得到形状及力学性能均满足要求的GH4099镍基合金构件。
[0011]上述步骤(1)中，所述GH4099预合金粉末采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法(electrode induction melting gas atomization,EIGA)或等离子旋转电极雾化法(plasma rotating electrode process,PREP)制备。
[0012]上述步骤(1)中，筛分后的粉末的粒径为106μm以下，其中D
10
为15μm～35μm，D
50
为40μm～70μm，D
90
为80μm～100μm。
atomization,EIGA)或等离子旋转电极雾化法(plasma rotating electrode process,PREP)制备GH4099洁净预合金粉末，通过筛分得到尺寸小于或等于106μm的粉末。
[0030](2)将粉末装入低碳钢或不锈钢包套，高温除气后封焊。使用尺寸小于或等于106微米的粉末是为了减少空心粉的数量；使用碳钢或不锈钢包套是因为在本专利技术所用的温度范围内，包套材料为完全固态、具有一定强度；高温除气是为了最大限度的除掉粉末表面吸附的气体，高温除气的温度范围为250
‑
450℃，除气时间为8小时至16小时。
[0031](3)将第一步制备的粉末包套放入热等静压设备中，以随炉升温升压的方式达到工艺条件并开始低温保压处理。热等静压温度应选择在(T
γ
‘
+120℃)～(T
γ
‘
+150℃)之间，气体压力应大于或等于120MPa，时间大于或等于2小时且小于或等于5个小时。热等静压的温度选择在(T
γ
‘
+120℃)～(T
γ
‘
+150℃)之间是基于以下的原因，第一，传统粉末高温合金热等静压温度为1100℃～1200℃，GH4099合金化程度更高、热变形抗力大，因此热等静压温度更高；第二，GH4099合金制粉电极制成粉末后比表面积增大，更易沾污，因此热等静压温度比传统高温合金更高，以破碎粉末原始颗粒边界，消除宏观孔隙缺陷。保温时间大于或等于2小时且小于或等于5小时是基于以下的原因：第一，在本专利技术选择的第一步的温度范围内，粉末压坯的完全压实至少需要30分钟；第二，保温时间过长将使合金显微发生粗化，影响力学性能。
[0032]下面结合附图、对比例及实施例对本专利技术进一步详细说明。
[0033]以下各对比例和实施例合金的成分见表1：
[0034]表1.GH4099合金成分(wt.％)
[0035][0036]T
γ
‘
为GH4099合金的γ
’
溶解温度，T
γ
‘
为1100℃；
[0037]对比例1
[0038]对比例1采用等离子旋转电极雾化法制备该合金的粉末，将尺寸在106微米以下的粉末装入不锈钢包套中，真空除气后做热等静压。针对该合金选择了如下的工艺制度(A)：
[0039]随炉升温升压至热等静压条件：(T
γ
‘
+65)℃/140MPa/4小时，完成后随炉冷却。
[0040]对比例2
[0041]与对比例1不同之处在于，热等静压温度由(Tγ
‘
+65)℃提高到(T
γ
‘
+100)℃。
[0042]对比例2采用等离子旋转电极雾化法制备该合金的粉末，将尺寸在106微米以下的粉末装入不锈钢包套中，真空除气后做热等静压。针对该合金选择了如下的工艺制度(B)：
[0043]随炉升温升压至热等静压条件：(T
γ
‘
+100)℃/140MPa/4小时，完成后随炉冷却。
[0044]对比例1
‑
2所制备的合金构件的微观组织如图2
‑
3所示，可以看出：图2显微组织并未观察到孔隙夹杂等缺陷，表明材料已经实现完全致密化，具有与锻造合金相似的等轴组织，晶界分布着不连续碳化物；图3碳化物连续分布，有少量原始颗粒边界。
[0045]对比例1
‑
2所制备的合金构件的力学性能如表1。
[0046]表1.工艺A与工艺B制备的粉末冶金GH4099合金的力学性能
[0047][0048]对比例3
[0049]与对比例2不同之处在于，热等静压温度由(Tγ
‘
+100)℃提高到(Tγ
‘
+130)℃。
[0050]实施例1采用等离子旋转电极雾化法制备该合金的粉末，将尺寸在106微米以下的粉末装入不锈钢包套中，真空除气后做热等静压。针对该合金选择了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GH4099镍基合金构件的粉末冶金成形工艺，其特征在于：该粉末冶金成形工艺具体包括以下步骤：(1)准备GH4099预合金粉末，将粉末进行筛分以得到尺寸小于等于106微米的粉末，将筛分出的粉末装入碳钢或不锈钢包套中，高温除气并封焊；(2)热等静压处理：将步骤(1)获得的装有粉末的包套放入热等静压设备中，以同时升温升压的方式达到预定温度T1和压力F1后进行保温保压处理，以保证材料组织致密化；(3)停止加热，随炉冷却至室温，获得GH4099合金构件坯料；(4)对步骤(3)合金构件坯料进行热处理，得到形状及力学性能均满足要求的GH4099镍基合金构件。2.根据权利要求1所述的GH4099镍基合金构件的粉末冶金成形工艺，其特征在于：步骤(1)中，所述GH4099预合金粉末采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法(electrode induction melting gas atomization,EIGA)或等离子旋转电极雾化法(plasma rotating electrode process,PREP)制备。3.根据权利要求1所述的GH4099镍基合金构件的粉末冶金成形工艺，其特征在于：步骤(1)中，筛分后的粉末的粒径为106μm以下，其中D
10
为15μm～35μm，D
50
为40μm～70μm，D
90
为80μm～100μm。4.根据权利要求1所述的GH4099镍基合金构件的粉末冶金成形工艺，其特征在于：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴杰，尹一峰，卢正冠，李一平，崔潇潇，徐磊，杨锐，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：