本发明专利技术提供一种渗铝法控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其特征在于，采用渗铝法在已产生变形的定向凝固镍基高温合金器件表面进行渗铝处理；将上述渗铝处理后的定向凝固镍基高温合金器件进行基体合金的标准固溶处理。本发明专利技术具有如下优点：可控制定向凝固镍基高温合金再结晶的深度，对于均匀变形所产生再结晶的控制作用更加显著。与无渗铝直接固溶的合金器件产生的再结晶对比，再结晶离散分布，非常不均匀，但最大再结晶深度明显减小，再结晶所占面积也相应地明显减小。渗铝过程中几乎不产生残余应力，避免了残余应力产生再结晶的可能。渗铝法是抑制再结晶发展有效的方法之一。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及再结晶的控制技术，具体是一种利用渗铝法控制定向凝固柱状晶和单晶镇基闻温合金再结晶的技术。
技术介绍
燃气轮机、航空发动机叶片都是在较高温度下使用，且叶片主要受离心力作用，而在高温下，晶界的强度不如晶内强度，横向晶界就成了叶片的薄弱环节。为此，人们发展了定向柱晶甚至单晶叶片来消除横向晶界或全部晶界。与传统多晶叶片相比，这些叶片具有更好的纵向机械性能和更高的承温能力。但是，叶片在定向凝固过程中，由于金属与陶瓷铸型、型芯热膨胀系数的差异，铸 件会产生变形。随后的校形、喷砂、钎焊甚至服役过程中也有可能产生变形。这样，叶片经高温处理(固溶处理或服役过程中的瞬时高温)就会产生再结晶。再结晶产生横向晶界，于是又形成了叶片的薄弱环节，严重影响叶片的性能。目前，对于定向凝固叶片产生的再结晶，采取的措施主要是控制叶片的变形(如尽量减少机械加工，优化设计铸型、型芯等)来预防叶片产生再结晶，或者建立叶片再结晶标准，严格检测，超过某一程度再结晶的叶片即行报废。由于叶片在生产过程中不可避免的经过某些工序(如凝固收缩、喷砂等)，这些工序所产生的变形就无法避免。由此而带来的再结晶会大幅度降低叶片铸件合格率，增加成本，严重影响生产效率。由于上述再结晶的不利作用，人们试图通过一定的工艺方法来控制再结晶。关于再结晶的控制，国外有一些相关的报道。欧洲专利(专利号EP 1038982 Al)采用气体(主要是CO与氩气的混合气体)渗碳的方法将碳扩散到合金基体中形成碳化物，利用碳化物粒子阻碍晶界迁移的作用来控制再结晶和使再结晶局部化。该方法设备较复杂，操作较繁琐，以控制生长的方法控制再结晶，而且主要应用于单晶合金。美国专利(专利号5551999)采用较低温度反复回复热处理的方法来控制再结晶，该方法不能抑制再结晶表面形核，而且回复热处理的时间越长，合金基体容易氧化，这对合金使用不利。还有采用渗铝里面加入晶界强化元素的方法来强化再结晶晶界，避免裂纹产生(专利号EP 1036850A1)，该方法主要针对单晶镍基高温合金。这种方法主要考虑的是再结晶产生以后，如何设法消除再结晶的不利影响，即强化再结晶晶界，而不是设法抑制再结晶的产生。更有甚者，采用化学腐蚀的方法直接将再结晶层腐蚀去除(专利号5413648)。该方法虽然能够去除再结晶层，但是对于薄壁单晶或者定向柱晶镍基高温合金部件显然不适用。上述专利申请控制再结晶的工艺方法存在的问题 (I)气体渗碳法的设备较复杂，操作较繁琐，通过碳化物离子阻碍晶界的迁移控制再结晶，主要应用于单晶合金。(2)较低温度反复回复热处理法不能抑制再结晶表面形核，且回复热处理的时间越长，合金基体易氧化，对合金使用不利。(3)渗铝里面加入晶界强化元素的方法，主要针对的是单晶镍基高温合金。该方法主要是考虑如何在结晶产生以后，消除再结晶的不利影响。(4)化学腐蚀法，是直接将再结晶层腐蚀去除。该法不适用于薄壁单晶或定向柱晶镍基高温合金部件。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，具体是一种渗铝控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，使叶片变形后产生的再结晶显著减少。本专利技术提供，其特征在于采用渗铝法在已产生变形的定向凝固镍基高温合金器件表面进行渗铝处理；将上述渗铝处理后的定向凝固镍基高温合金器件进行标准固溶处理。与气体渗碳控制再结晶的专利不同的是，这里渗铝一方面通过部分包覆抑制再结晶表面形核，另一方面主要通过铝元素渗透到合金基体抑制元素扩散的作用来抑制再结晶的发展。与涂层控制再结晶不同的是，渗铝过程几乎没有产生残余应力，不需要去应力退火，避免了涂层产生的残余应力形成再 结晶的可能性。本专利技术提供的控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其渗铝的渗剂为NH4C1、Al粉及Al2O3粉。本专利技术提供的控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其渗剂中Al粉的粒度为 IO 50 ^1111O本专利技术提供的控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其渗剂中Al2O3粉的粒度为10 100叫11。本专利技术提供的控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其渗剂的配比为5 20% NH4Cl,35 60% Al2O3粉及余量的Al粉(重量百分比)。本专利技术提供的控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其渗铝温度为400 650。。。本专利技术提供的控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其渗铝时间为5 30h。本专利技术提供的控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其渗铝保护气氛为氩气,压力I 5个大气压。本专利技术提供一种渗铝方法控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其优点为 (I)本专利技术所提供的渗铝法通过部分包覆可抑制再结晶。(2)本专利技术通过铝元素渗透到合金基体抑制元素扩散的作用来抑制再结晶的发展。(3)本专利技术渗铝过程几乎没有产生残余应力，不需要去应力退火，避免了残余应力产生再结晶的可能性。(4)本专利技术所提供的控制再结晶的方法，可使燃气轮机和航空发动机的叶片变形后的再结晶显著减少。(5)本专利技术操作易于控制、提高生产效率。附图说明图I为水喷砂变形定向凝固镍基高温合金后，没有渗铝而直接固溶处理所产生的再结晶组织。图2为水喷砂变形定向凝固镍基高温合金后，渗铝后，再经过固溶处理所产生的再结晶组织。具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术给予进一步的说明，当然，本专利技术不仅限于下述的实施例。实施例I渗铝控制DZ125L合金再结晶 定向凝固设备制备出DZ125L定向凝固镍基镍基高温合金板，用线切割从板上切取 2X12 X 12mm的方块。将12 X 12 (定向柱晶生长方向)的面磨光，用喷砂装置进行喷砂处理。喷砂参数如下喷砂压力为O. 3MPa，喷砂时间为lmin，砂粒为SiO2玻璃球。配制渗剂，所用渗剂配方如下40% Al粉、55% Al2O3粉和5% NH4Cl (重量百分比)。其中，Al粉的粒度为3()μιη，Αι2θ3粉的粒度为75μιιι。接下来，将部分喷砂样品混入渗剂中，放入热处理炉，将温度升到600°C开始渗铝，并通入氩气保护，渗铝时间为5h。将渗铝完毕的样片取出，烘干待用。然后再将这些渗铝样品和直接喷砂样品进行标准固溶处理，空冷后将样品切开观察产生的再结晶组织。直接固溶处理的样品的平均再结晶深度达到30叫11，最大再结晶深度达到56πω (图I)，而经过上述渗铝处理后的样品的最大再结晶深度S28JLim左右(图2)，低于直接喷砂处理的样品。而且，渗铝样品的再结晶分布非常不均匀，有些位置再结晶非常小，因此其平均再结晶深度约为1()丨1111左右，远远小于直接喷砂产生的再结晶深度。 实施例2渗铝控制DZ125L合金再结晶 定向凝固设备制备出DZ125L定向凝固镍基镍基高温合金板，用线切割从板上切取2X12 X 12mm的方块。将12 X 12 (定向柱晶生长方向)的面磨光，用喷砂装置进行喷砂处理。喷砂参数如下喷砂压力为O. 3MPa，喷砂时间为lmin，砂粒为SiO2玻璃球。配制渗剂，所用渗剂配方如下50% Al粉、40% Al2O3粉和10% NH4Cl (重量百分比)。其中，Al粉的粒度为2()μιη，Α 2θ3粉的粒度为75|im接下来，将部分喷砂样品混入渗剂中，放入热处理炉，将温度升到600°C开始渗铝，并通入氩气保护，渗铝时间本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用渗铝法控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其特征在于：(1)采用渗铝法在已产生变形的定向凝固镍基高温合金器件表面进行渗铝处理；(2)将上述渗铝处理后的定向凝固镍基高温合金器件进行基体合金的标准固溶处理。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谢光，张健，楼琅洪，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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