镍基粉末高温合金中γ制造技术

本发明专利技术公开了镍基粉末高温合金中γ

【技术实现步骤摘要】
镍基粉末高温合金中
γ
′
相溶解高通量实验方法


[0001]本专利技术涉及镍基粉末高温合金中热处理工艺
，尤其涉及镍基粉末高温合金中γ
′
相溶解高通量实验方法。

技术介绍

[0002]镍基粉末高温合金具有良好的抗氧化性、组织稳定性和高温综合力学性能，是制备先进航空发动机涡轮盘等热端部件的关键首选材料。为满足航空发动机高性能、高热效率、长寿命和高可靠性的要求，镍基粉末高温合金的合金化程度不断提高(质量分数为40％～50％)，但相应的也会使得合金在热加工过程中的热塑性变差，组织调控困难，进而阻碍高温合金向高性能的发展。合金中高体积分数(35％～60％)的与γ基体呈共格关系的L12型有序结构γ
′
相除了起到强化作用，在热加工过程中也起到调控组织的作用。而热加工过程中，γ
′
相会发生溶解或析出，γ
′
相的体积分数、尺寸和分布发生改变，进而影响合金的热加工性能和组织演变。掌握热加工过程中γ
′
相的溶解与析出规律，对预测和调控热加工过程中粉末高温合金显微组织、优化热加工工艺和提高合金热加工性能具有重要的工程意义。
[0003]目前γ
′
相析出研究较多，而热加工过程中γ
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相的溶解研究相对较少。γ
′
相在溶解过程中因受初始γ
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相含量、类型、尺寸大小分布以及热加工工艺等因素影响，溶解行为会变得十分复杂。目前主要采用传统的均匀试样来研究这些因素对高体积分数γ
′
相溶解行为的影响和γ
′
相溶解机理，这种方式耗时耗力，效率低下，且数据分散，因此，设计镍基粉末高温合金中γ
′
相溶解高通量实验方法是很有必要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题在于提供镍基粉末高温合金中γ
′
相溶解高通量实验方法，通过高通量技术快速表征获取镍基粉末高温合金中不同尺寸、分布、形貌γ
′
相的溶解数据，可以高效研究镍基粉末高温合金中γ
′
相的溶解行为及其影响因素与动力学，为镍基粉末高温合金的组织调控和热加工工艺优化设计提供数据和理论支撑；同时，本专利技术，操作简单，在能够保证测试精度的前提下快速开展实验，获得连续的大量数据；而且，也能够降低测试时间及成本，提高试验效率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]镍基粉末高温合金中γ
′
相溶解高通量实验方法，包括以下步骤：
[0007]a.镍基粉末高温合金圆棒状试样固溶处理后进行端淬冷却，高通量一次性获得γ
′
相尺寸分布和形貌连续变化的试样；
[0008]b.将端淬后γ
′
相尺寸分布和形貌连续变化的圆棒试样加工成薄片状γ
′
相溶解实验试样；
[0009]c.将薄片试样通过快速加热和快速冷却实验装置进行γ
′
相溶解热处理实验，以获得高温溶解过程γ
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相组织；
[0010]d.在高通量扫描电镜下对端淬试样和热处理后的试样快速表征；
[0011]e.利用计算机视觉和深度学习图像分析方法对表征图片快速提取和处理γ
′
相特征参数，以用于分析溶解过程中的组织演变。
[0012]作为本专利技术进一步的方案：步骤a中，所述端淬梯度冷却实验装置包括计算机终端、数据采集仪、测温热电偶、控温热电偶、感应线圈、感应加热电源、温度控制器、储水箱和水泵，所述感应加热电源的一侧设置有感应线圈，所述感应线圈的外侧分别设置有控温热电偶和测温热电偶，且测温热电偶的一端设置有数据采集仪，所述数据采集仪的一侧设置安装有计算机终端，所述控温热电偶的一侧设置安装有温度控制器，且感应加热电源与温度控制器设置，所述感应线圈的底部下方设置有水泵，且水泵的底部连接安装有储水箱；
[0013]对端淬标准试样通过端淬梯度冷却实验装置进行加热后保温，然后将保温后的试样保持原位并自保温后的试样的一端进行冷却，试样从冷却端到非冷却端的冷却速率逐渐减小,从而在一个试样上实现一系列连续不同的冷却速率,进而得到具有不同尺寸、分布、形貌的γ
′
相组织。
[0014]作为本专利技术进一步的方案：步骤b中，为了实现快速加热，选择合适大小的样品，同时材料表面自由能不影响合金γ
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相溶解行为，将端淬后γ
′
相连续变化的圆棒试样机加工成厚度为0.5mm的薄片状γ
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相溶解实验试样，以用于下一步的热处理溶解实验。
[0015]作为本专利技术进一步的方案：步骤c中，所述快速加热和冷却实验装置包括立式管式炉和冰水淬火槽，所述立式管式炉设置在冰水淬火槽的顶部上方；为了将实验过程中热波动降至最低，在立式管式炉的顶端和底端安装一个陶瓷塞，陶瓷塞上开设样品通孔；
[0016]将薄片试样通过快速加热和冷却实验装置进行热处理溶解实验，所述实验步骤如下：
[0017]1)立式管式炉加热到设定温度时，使用钢棒将薄片试样从管式炉顶端通孔处放入炉中，并定位保持在炉的加热区；同时用一根细长的镍丝将试样与钢棒进行热隔离；
[0018]细镍丝将样品固定在钢棒末端约5mm处，镍丝一端系在钢棒末端的小环上固定，一端系在试样上端圆孔中固定；
[0019]2)当炉温恢复到设定炉温开始计时，达到设定保温时间后，将钢棒上端定位夹打开，试样随钢棒直接掉入冰水槽中，实现快速冷却，获得设定溶解温度和时间下的γ
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相高温溶解组织。
[0020]作为本专利技术进一步的方案：步骤d中，将端淬试样和热处理后的试样进行打磨、抛光、腐蚀，随后在高通量的高分辨扫描电镜下对试样组织进行大尺度连续高倍拍照。
[0021]作为本专利技术进一步的方案：步骤e中，采用深度学习图像分析方法对d中拍摄的图片快速提取和处理γ
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相特征数据，以用于分析溶解过程中的组织演变。
[0022]本专利技术的有益效果是：本专利技术，基于热加工工艺对镍基高温合金微观组织的影响，以高通量制备和高通量表征为主要技术，即先利用端淬可以实现的梯度冷却去制备出含有不同尺寸、分布和形貌的γ
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相的合金样品，再利用立式管式炉和冰水淬火槽装置可以实现的快速加热和冷却获得合金在不同温度、时间的相溶解组织，最后利用高通量扫描电镜对端淬试样和固溶处理试样进行快速高效表征,并采用深度学习图像分析方法快速提取和处理γ
′
相特征数据，更高效地分析镍基高温合金中不同尺寸、分布、形貌γ
′
相的溶解行为与动力学，以用于分析溶解过程中的γ
′
相组织演变，为热加工过程中组织调控和工艺优化设
计提供数据和理论支撑。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的端淬梯度冷却实验装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.镍基粉末高温合金中γ
′
相溶解高通量实验方法，其特征在于，包括以下步骤：a.镍基粉末高温合金圆棒状试样固溶处理后进行端淬冷却，高通量一次性获得γ
′
相尺寸分布和形貌连续变化的试样；b.将端淬后γ
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相尺寸分布和形貌连续变化的圆棒试样加工成薄片状γ
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相溶解实验试样；c.将薄片试样通过快速加热和快速冷却实验装置进行γ
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相溶解热处理实验，以获得高温溶解过程γ
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相组织；d.在高通量扫描电镜下对端淬试样和热处理后的试样快速表征；e.利用计算机视觉和深度学习图像分析方法对表征图片快速提取和处理γ
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相特征参数，以用于分析溶解过程中的组织演变。2.根据权利要求1所述的镍基粉末高温合金中γ
′
相溶解高通量实验方法，其特征在于，步骤a中，所述端淬梯度冷却实验装置包括计算机终端、数据采集仪、测温热电偶、控温热电偶、感应线圈、感应加热电源、温度控制器、储水箱和水泵，所述感应加热电源的一侧设置有感应线圈，所述感应线圈的外侧分别设置有控温热电偶和测温热电偶，且测温热电偶的一端设置有数据采集仪，所述数据采集仪的一侧设置安装有计算机终端，所述控温热电偶的一侧设置安装有温度控制器，且感应加热电源与温度控制器设置，所述感应线圈的底部下方设置有水泵，且水泵的底部连接安装有储水箱；对端淬标准试样通过端淬梯度冷却实验装置进行加热后保温，然后将保温后的试样保持原位并自保温后的试样的一端进行冷却，试样从冷却端到非冷却端的冷却速率逐渐减小,从而在一个试样上实现一系列连续不同的冷却速率,进而得到具有不同尺寸、分布、形貌的γ
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相组织。3.根据权利要求1所述的镍基粉末高温合金中γ
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相溶解高通量实验...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海亮，王杰，信丹，周亚洲，张华，阮晶晶，吴冲冲，陈阳，张尚洲，张文彦，周鑫，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：