一种提高GH4169高温合金缺口敏感性热处理方法技术

本发明专利技术公开一种提高GH4169高温合金缺口敏感性热处理方法，主要解决GH4169通过标准热处理，固溶处理：(950℃～980℃)

【技术实现步骤摘要】
一种提高GH4169高温合金缺口敏感性热处理方法


[0001]本专利技术属于镍基高温合金热处理领域，特别涉及一种提高GH4169高温合金缺口敏感性热处理方法。
技术背景
[0002]目前，GH4169是国内使用量最大、应用最为广泛的镍基高温合金，因其具有耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、高强度等优异的综合性能，被应用于航空发动机涡轮盘、甩油盘、涡轴等关键部位的高温转动件。长期服役在高温、高应力、腐蚀气氛严重的特殊环境下，还需要承受发动机突然启停产生巨大离心载荷，在如此恶劣的工况下因组织损伤而产生疲劳裂纹，未经发现将产生非常严重的后果，因此深入研究此材料的微观组织结构对宏观性能的影响而显得尤为重要。GH4169合金是以体心四方结构γ
″
(Ni3Nb)相为基体的主要强化相，同时还存在面心立方结构的γ
′
(Ni3AlTi)相和正交结构的δ(Ni3Nb)相，δ相是γ
″
相的平衡相组织。亚稳的γ
″
相可以850℃～950℃高温下通过结构变化逐渐转变成稳定的δ相，而δ相的析出含量、形貌和分布对合金缺口敏感性有重要影响。材料组织中析出δ相同时将消耗一定量的强化元素铌，使得其周围γ
″
强化相贫化，可以提高合金塑性、减小应力集中，提高材料缺口敏感性。但δ相析出数量增加势必会消耗更多铌元素，而导致γ
″
(Ni3Nb)主要强化相大幅度减少，降低材料的使用强度，因此很多技术标准对δ相析出数量和形貌提出了明确要求，所以深入研究δ相析出行为显得尤为重要。当δ相析出数量与材料缺口敏感应匹配度较差时，急需一种热处理工艺方法，保证增加δ相的析出数量提高材料缺口敏感应，也对后续时效处理提高强度没有太大影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术公开一种提高GH4169高温合金缺口敏感性热处理方法，主要解决GH4169合金涡轮盘、甩油盘、涡轴等材料通过技术标准中的热处理工艺，固溶处理：(950℃～980℃)
±
10℃，保温lh，空冷；时效处理：720℃
±
10℃，保温8h，以(50
±
10)℃/h速率炉冷至620℃
±
l0℃，保温8h，空冷(以下简称“标准热处理”)处理后，材料的高温缺口持久性能无法满足技术标准要求的使用条件时，在标准热处理前增加一步880℃
±
10℃，保温2h～3h热处理，用于增加δ相析出数量提高材料高温缺口持久性能。
[0004]本专利技术技术方案：
[0005]1.用于涡轮盘、甩油盘、涡轴等材料的GH4169合金，其化学成分质量百分比为：碳不大于0.08％、硫不大于0.002％、磷不大于0.015％、锰不大于0.35％、硅不大于0.35％、硼不大于0.006％、铬：17.00％～21.00％、钼：2.80％～3.30％、铌：4.75％～5.50％、铝：0.30％～0.70％、钛：0.75％～1.15％、镍：50.00％～55.00％，余量为Fe元素及不可避免的杂质。
[0006]2.生产工艺：真空感应熔炼加真空电弧炉重熔
→
自耗锭高温均匀化扩散退火处理
→
快锻机加径锻机联合开坯
→
横列式半连轧机轧制成品圆钢
→
切取高温缺口持久毛坯试
样
→
毛坯试样热处理
→
加工高温缺口持久标准试样
→
高温缺口持久检验。
[0007]3.按技术标准要求：在圆钢规定的位置切取高温缺口持久性能的毛坯试样，接着对毛坯试样进行热处理，热处理分为以下三个阶段：
[0008]⑴
预处理：880℃
±
10℃，保温2h～3h，空冷；
[0009]⑵
标准热处理：固溶处理：(950℃～980℃)
±
10℃，保温lh，空冷；时效处理：720℃
±
10℃，保温8h，以(50
±
10)℃/h速率炉冷至620℃
±
l0℃，保温8h，空冷。
[0010]4.试样加工步骤：毛坯试样进行热处理后，按图1加工成高温缺口持久标准试样。
[0011]5.力学性能标准要求：
[0012]高温缺口持久性能应符合表1规定；
[0013]表1高温缺口持久性能标准要求
[0014][0015]备注：按图1加工成组合的高温缺口持久试样，采用表1的试验要求进行持久性能检验，持久时间不少于25h后试样应断于光滑位置为合格，断缺口位置为不合格。
[0016]本专利技术专利技术点分析说明：GH4169是国内最早研制成熟的高温合金，各领域GH4169合金实际使用环境存在较大差异，不同使用工况对GH4169合金采购技术标准中提出不同性能指标要求。GH4169合金中存在γ
′
、γ
″
、δ三种强化相，γ
′
、γ
″
相弥散析出在基体中是合金主要强化相，其析出形貌、分布和数量对合金力学性能的影响已经有大量研究资料记载。相关研究表明，δ相与γ
″
相是由相同成分元素组成不同结构的一种稳定相，沿晶界成一定角度析出一定数量的δ相，降低晶界两侧γ
″
强化相数量而形成贫γ
″
相的微塑性变形带。δ相在高温环境下起到钉扎晶界，有效缓解构件变形时应力沿晶界高度集中，消除晶界由应力集中形成微裂纹后沿晶界快速扩散的通道，延缓缺口持久断裂的时间。因此，急需一种合适的热处理工艺使δ相在晶界达到一种合理的分布状态，充分发挥δ相在抑制缺口敏感性的作用，提高材料在不同领域使用环境下的安全性。本专利技术在GH4169合金实际锻制、轧制等热加工成型过程中，终轧或终锻温度高于晶粒的动态再结晶温度，才可以得到截面组织细小均匀的晶粒。根据相关报告，GH4169合金的动态再结晶温度为不小于950℃，而δ相的析出温度为780℃～980℃，温度高于980℃时开始溶解，为此要求热加工的终轧或终锻温度控制在950℃～980℃范围内，而实际大批量生产中既保证晶粒充分完成动态再结晶、组织细小均匀的同时，又要保证晶界析出一定数量和合理分布的δ相，使得GH4169合金热加工窗口非常窄，对实际热加工过程中的工艺控制的难度非常大。生产过程参数的轻微波动对最终产品质量稳定性和一致性均会产生较大影响。
[0017]本专利技术的优越处在于：根据GH4169合金中δ相在不同温度和保温时间的析出规律，提出一种使GH4169合金棒材中δ相呈最佳合理分布的热处理方法，在常规标准热处理制度前增加一段880℃
±
10℃、保温2h～3h、空冷的预处理，操作简单实用性较强，对解决材料因δ相析出含量少，分布不均匀影响材料使用安全性问题，提出一种有效的解决方法。
附图说明
[0018]图1是高温缺口持久标准试样图(单位：mm)；
[0019]图2是Φ45mm标准热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高GH4169高温合金缺口敏感性热处理方法，GH4169系列高温合金生产工艺：真空感应熔炼加真空电弧炉重熔
→
自耗锭高温均匀化扩散退火处理
→
快锻机加径锻机联合开坯
→
横列式半连轧机轧制成品圆钢
→
切取高温缺口持久毛坯试样
→
毛坯试样热处理
→
加工高温缺口持久标准试样
→
高温缺口持久检验；按技术标准热处理；固溶处理：(950℃～980℃)
±
10℃，保温lh，空冷；时效处理：720℃
±
10℃，保温8h，以(50
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10)℃/h速率炉冷至620℃
±
l 0℃，保温8h，空冷，其特征在于，在技术标准热处理前增加一步预处理：880℃
±
10℃，保温2h～3h，空冷。2.根据权利要求1所述一种提高GH4169高温合金缺口敏感性热处理方法，其特征在于，所述毛坯试样高温缺口持久性能在试验温度650℃、加载应力690MPa条件下，其持久时间不少于25h、断面收缩率不小于5％。3.根据权利要求1或2所述一种提高GH4169高温合金缺口敏感性热处理方法，其特征在于，所述热处理方法：在Φ45mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯少林，杨玉军，于腾，李凤艳，杨亮，丑英玉，王骁楠，齐超，谷强，邹善仁，刘春宇，白明喜，李硕，冯帅，刘宇，曹会宇，
申请(专利权)人：抚顺特殊钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：