一种提升激光增材制造固溶强化型高温合金高温蠕变性能的热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种提升激光增材制造固溶强化型高温合金高温蠕变性能的热处理方法，属于高温合金材料制备技术领域。本发明专利技术针对激光增材制造固溶强化型高温合金，通过在高温固溶处理后引入中温时效处理，从而获得晶粒尺寸以及晶界钉扎相形态、分布的最佳匹配，提高其高温蠕变性能。经本发明专利技术采用的热处理工艺获得的增材制造固溶强化型高温合金晶粒尺寸相对较大，且晶界均匀分布有球形M6C碳化物。在高温变形过程中，M6C碳化物可对晶界产生显著的钉扎作用，从而使合金具有较好的高温蠕变性能，是实现增材制造固溶强化型高温合金性能优化的有效手段。有效手段。有效手段。

【技术实现步骤摘要】
一种提升激光增材制造固溶强化型高温合金高温蠕变性能的热处理方法


[0001]本专利技术属于高温合金材料制备
，具体为一种提升激光增材制造固溶强化型高温合金高温蠕变性能的热处理方法。

技术介绍

[0002]镍基高温合金由于其优异的高温组织和机械稳定性，良好的蠕变与疲劳性能，以及突出的抗氧化和抗腐蚀等综合性能被广泛应用于航空、航天及核电事业。到目前为止，高温合金仍是先进航空发动机及地面燃机的四大热端部件，即涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘和燃烧室不可替代的关键高温结构材料。据统计，镍基高温合金占航空发动机总重量可达40％
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60％。高温合金根据强化方式的不同可分为沉淀强化型和固溶强化型，其中固溶强化型高温合金由于含贵重元素较少、成本和密度较低，而被应用于燃油喷嘴等关键部件。
[0003]近年来，随着航空航天事业的快速发展，对于高推力和高推重比发动机的需求已迫在眉睫，要实现这些目标就需要不断提升涡轮进口温度，从而最大程度提升燃机效率。一方面可以通过开发性能优异、密度更低的新型合金达到，另一方面可以通过新技术(如增材制造)的应用，使部件结构更加巧妙、质量更轻、冷却效率更高而实现。增材制造作为智能制造时代颠覆性技术之一，可由三维立体模型通过层层叠加的方式得到构件，具有显著的设计自由度，在制备结构复杂部件(如燃油喷嘴)方面具有天然优势。但增材制造构件由于已经近净成形，不易通过传统塑性变形的方式提升其机械性能，因而后续热处理成为调控其力学行为的主要方式。增材制造技术根据能量源和工艺不同可分为激光选区熔化、激光能量沉积、电子束粉末床技术、电弧熔丝增材制造等，其中激光选区熔化由于其制造的高精度而被广泛应用于各领域。
[0004]激光增材制造具有远高于传统技术的冷却速度(可达106K/s)，合金析出相(如M
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C6、M6C、μ等)的形成受到了显著抑制。因此，固溶强化型高温合金由单相奥氏体组成，且晶粒尺寸较小、晶界无钉扎相，这导致了其高温蠕变性能较差，难以满足实际服役需求。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种提升激光增材制造固溶强化型高温合金高温蠕变性能的热处理方法，以解决现有的固溶强化型高温合金高温蠕变性能较差，无法满足服役需求的技术问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术公开了一种提升激光增材制造固溶强化型高温合金高温蠕变性能的热处理方法，包括以下步骤：
[0008]1)选区激光熔化打印：将固溶强化型高温合金制备粒径为15～55μm的预合金粉末，并在真空环境下通过选区激光熔化打印制得打印态合金块体；
[0009]2)高温固溶处理：将打印态合金块体升温至1075℃～1200℃，保温10～60分钟，空
冷至室温；
[0010]3)中温时效处理：将高温固溶处理后的合金块体升温至940℃～980℃，保温2～4小时，随后空冷至室温，完成合金高温蠕变性能提升。
[0011]优选地，所述固溶强化型高温合金为固溶强化型高温镍基合金，以质量百分比计，包括：Cr 19％～23％，Fe 18％～20％，Mo 8％～10％，Co 1％～2％，Si≤1％，Mn≤1％，C≤0.09％，S≤0.01％，P≤0.01％，O≤0.02％，其余为Ni。
[0012]进一步优选地，本专利技术从原理上来说也适合其他成分高温合金，主要取决于其他合金是否有M6C形成元素(如Mo和W)。M6C碳化物的形成需要满足“M6C规则”，即当Mo含量超过6～8wt.％或者等价的W含量超过4at.％时才能形成M6C碳化物。即如果其他合金中也有M6C形成元素，采用本方法应该也可以在晶界析出钉扎相。
[0013]优选地，最终处理后的固溶强化型高温合金的平均晶粒尺寸不大于40微米。
[0014]优选地，最终处理后的固溶强化型高温合金在晶内为单相奥氏体组织，在晶界获得均匀、不连续分布的球形M6C相。
[0015]进一步优选地，晶界M6C相平均尺寸不大于4μm，面积分数不小于0.3％，在晶界呈均匀球形分布。
[0016]优选地，最终处理后的固溶强化型高温合金的在850℃/60MPa蠕变条件下寿命不低于90小时。
[0017]进一步优选地，最终处理后的固溶强化型高温合金的在850℃/60MPa蠕变条件下寿命为90～145小时。
[0018]优选地，步骤1)中，采用选区激光熔化打印机制备得到打印态合金块体。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术针对激光增材制造固溶强化型高温合金，通过在高温固溶处理后引入中温时效处理，从而获得晶粒尺寸以及晶界钉扎相形态、分布的最佳匹配，提高其高温蠕变性能。打印态激光增材制造固溶强化型高温合金的宏观组织由细小晶粒组成，显微结构由单相奥氏体组成。本专利技术先采用高温固溶处理的目的是获得适当的晶粒尺寸，随着固溶温度或时间延长，晶粒尺寸会逐渐增大。较大的晶粒尺寸对于合金高温蠕变性能的提升有一定的作用，但温度太高或保温时间太长会导致晶粒尺寸过大，并氧化晶界，这会损害合金蠕变性能，因此本专利技术制定的固溶热处理为1075℃
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1200℃，保温10
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60分钟，可有效控制晶粒尺寸在有益的范围。另外，考虑晶界是合金长期高温服役时的薄弱环节，为提升合金高温蠕变性能，必须在晶界形成组态和分布良好的钉扎相。一般球形且不连续分布的析出相对于晶界强化具有更好的效果，因此本专利技术确定增材制造固溶强化型高温合金的时效工艺为940℃
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980℃，保温2
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4小时，可使M6C碳化物以球形、不连续形式分布于晶界，从而最大限度提升合金高温蠕变性能。
[0021]经本专利技术采用的热处理工艺获得的增材制造固溶强化型高温合金晶粒尺寸相对较大，且晶界均匀分布有球形M6C碳化物。在高温变形过程中，M6C碳化物可对晶界产生显著的钉扎作用，从而使合金具有较好的高温蠕变性能，是实现增材制造固溶强化型高温合金性能优化的有效手段。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的热处理工艺示意图；
[0023]图2为本专利技术所述的增材制造固溶强化型高温合金的打印态宏观组织形貌图；
[0024]图3为本专利技术所述的增材制造固溶强化型高温合金在高温固溶加时效处理后晶粒组态(a)和晶界M6C碳化物(b)。
具体实施方式
[0025]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0026]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升激光增材制造固溶强化型高温合金高温蠕变性能的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)选区激光熔化打印：将固溶强化型高温合金制备粒径为15～55μm的预合金粉末，并在真空环境下通过选区激光熔化打印制得打印态合金块体；2)高温固溶处理：将打印态合金块体升温至1075℃～1200℃，保温10～60分钟，空冷至室温；3)中温时效处理：将高温固溶处理后的合金块体升温至940℃～980℃，保温2～4小时，随后空冷至室温，完成合金高温蠕变性能提升。2.根据权利要求1所述的提升激光增材制造固溶强化型高温合金高温蠕变性能的热处理方法，其特征在于，所述固溶强化型高温合金为固溶强化型高温镍基合金，以质量百分比计，包括：Cr 19％～23％，Fe 18％～20％，Mo 8％～10％，Co 1％～2％，Si≤1％，Mn≤1％，C≤0.09％，S≤0.01％，P≤0.01％，O≤0.02％，其余为Ni。3.根据权利要求1所述的提升激光增材制造固溶强化型高温合金高温蠕变性能的热处理方法，其特征在于，最终处理后的固溶强化型高温合金的...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔路卿，何卫锋，张虹虹，李应红，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：