一種鎳基高溫合金的熱處理工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鎳基合金技術領域，尤其涉及一種鎳基高溫合金的熱處理工藝。
【背景技術】
[0002]鎳基高溫合金以其耐高溫、耐高壓、可焊性性好等優(yōu)異的力學性能，被廣泛應用于航空、船舶、核能、地面燃汽輪機、石油化工等領域，且隨著世界上對鎳基高溫合金大型鑄件的研發(fā)，其用量也不斷增加。工業(yè)上通常采用熱處理來改變鎳基高溫合金的金相組織，保證鎳基高溫合金金相組織中析出體積分數(shù)充足、析出顆粒尺寸合理的強化相-γ 〃(即:Ni3Nd)，從而達到增強鎳基高溫合金力學性能的目的。
[0003]目前鎳基高溫合金的熱處理多采用合金手冊上的標準熱處理工藝和改進的熱處理工藝。但是這些熱處理工藝制度是針對變形的鎳基高溫合金制定的，而對于鑄造的鎳基高溫合金和熱等靜壓后的鎳基高溫合金存在局限性和一些問題，這主要是因為:鑄造的鎳基高溫合金金相組織中含有富鈮鑄造偏析相，主要有富鈮液析碳化物、Laves相和δ相等，其中富銀液析碳化物只能通過變形打碎才能分解，而Laves相和δ相等富銀鑄造偏析相可以通過合理的熱處理均勻化分解。對于變形的鎳基高溫合金，組織中富鈮偏析物均能充分分解釋放鈮元素，所以按照標準熱處理工藝，強化相-γ 〃能夠充分發(fā)育。而對于熱等靜壓后的鎳基高溫合金，與變形的鎳基高溫合金相比，組織中含有未被分解的富鈮液析碳化物，這部分鈮不能進入合金基體參與γ 〃的形成，因此采用針對變形的鎳基高溫合金制定的熱處理制度處理熱等靜壓后的鎳基高溫合金就會使γ 〃發(fā)育不全，進而導致力學性能大幅下降；而鑄造的鎳基高溫合金未經(jīng)過熱等靜壓和變形處理，組織不如熱等靜壓處理后鎳基高溫合金組織那么均勻，存在樹枝晶偏析，因此采用標準熱處理工藝后，還能在枝晶間偏析區(qū)析出部分充分發(fā)育的γ 〃，形成骨架強化，勉強達到合金技術規(guī)定的強度，但是遠低于變形鎳基高溫合金經(jīng)標準熱處理制度后的力學性能。
[0004]因此本發(fā)明依據(jù)合金強化機理，提供一種新型的熱處理工藝，能夠處理鑄造的鎳基高溫合金和熱等靜壓后的鎳基高溫合金，在其保持塑性水平不降低或者仍保持在工程應用可以接受的水平上，使其強度大幅增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種鎳基高溫合金的熱處理工藝，用以解決現(xiàn)有熱處理工藝對變形鎳基高溫合金針對性強，不適合處理鑄造鎳基高溫合金和熱等靜壓后的鎳基高溫合金的問題。
[0006]本發(fā)明的目的主要是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明一種鎳基高溫合金的熱處理工藝，包括均勻化處理、固溶處理和時效處理，其特征在于，具體為:
[0008]1)均勻化處理制度:溫度為(1160?1195 °C )±10°C，保溫時間為(1?36h) ±0.lh，然后爐冷或空冷至室溫，使鑄造鎳基高溫合金中成分均勻化，改善偏析；
[0009]2)固溶處理制度:溫度為(935?995°C) ±10°C，保溫時間為(0.5?15h) ±0.lh,以50?650°C /h的冷卻速度冷卻至600?655°C，然后空冷至室溫，實現(xiàn)溶解基體內(nèi)碳化物等過剩相，得到均勻的過飽和固溶體，便于時效處理獲得適宜尺寸、分布均勻的強化相-γ//.，
[0010]3)時效處理制度分兩段式:第一段處理溫度為720 °C ±10°C，保溫時間為8h±0.lh,然后以50?56 °C /h的冷卻速度冷卻至620 °C ;第二段處理溫度為620°C ±10°C，保溫時間為8h±0.lh，然后空冷至室溫，盡可能的析出強化相-γ 〃，并進一步調(diào)整強化相的尺寸和分布。
[0011]進一步地，對于使用熱等靜壓處理的鎳基高溫合金鑄件，在所述均勻化處理前進行熱等靜壓處理，所述熱等靜壓處理制度為:溫度為1160?1195°C，壓力為100?200MPa，保溫時間為(1?36h) ±0.lh，然后隨爐冷卻至300?400°C后開爐冷卻至室溫，熱等靜壓能夠消除鑄件內(nèi)部疏松和縮孔，改善鑄件的內(nèi)部質(zhì)量。
[0012]進一步地，所述時效處理制度或為:第一段處理溫度為760V ±10°C，保溫時間為5h±0.lh，然后以50?56°C/h的冷卻速度冷卻至650°C;第二段處理溫度為650°C ±10°C，保溫時間為lh±0.lh，然后空冷至室溫。
[0013]進一步地，大型復雜鑄件在所述熱處理工藝之前進行預均勻化處理，所述預均勻化處理制度為:溫度為(1095?1165°C ) ±10°C，保溫時間為1?15h，以克服大型復雜鑄件在均勻化處理過程中改善偏析和成份均勻化不充分的問題。
[0014]進一步地，所述大型復雜鑄件為:鑄件最厚壁壁厚超過40mm，同時最薄壁厚小于3mm，并且除冒口和澆道外鑄件本身重量超過10kg。
[0015]進一步地，所述預均勻化處理采用箱式電爐或其他熱處理爐，在大氣氣氛下進行。
[0016]進一步地，所述固溶處理采用真空氣淬爐、可以控制冷卻速度的箱式電爐或其他可控制冷卻速度的熱處理爐。
[0017]進一步地，所述時效處理采用真空氣淬爐、可以控制冷卻速度的箱式電爐或其他可控制冷卻速度的熱處理爐。
[0018]進一步地，鑄件進行所述熱等靜壓處理前需處理表面的疏松和油污。
[0019]本發(fā)明所述鎳基高溫鎳合金中高溫是指600°C以上。
[0020]本發(fā)明有益效果如下:
[0021]1)本發(fā)明提供的一種鎳基高溫合金的熱處理工藝通過提高均勻化溫度和保溫時間提高鑄造鎳基高溫合金和熱等靜壓的鎳基高溫合金中富鈮偏析相的充分分解，使鈮元素釋放，從而使鎳基高溫合金中最大限度的充分發(fā)育強化相γ 〃，增加強化相γ 〃的析出體積分數(shù)；通過控制均勻化時間和溫度、冷卻速度來控制強化相γ 〃的尺寸過大、分布稀疏等問題，從合金的強化機理入手，從根本上提高鎳基高溫合金的力學性能。
[0022]2)本發(fā)明提供的一種鎳基高溫合金的熱處理工藝通過合理的溫度和保溫時間、冷卻速度，使合金中強化相γ 〃充分發(fā)育，突破了現(xiàn)有熱處理制度針對變形鎳基高溫合金的局限性，廣泛適用于鑄造鎳基高溫合金和熱等靜壓的鎳基高溫合金。
[0023]3)本發(fā)明提供的一種鎳基高溫合金的熱處理工藝能夠?qū)⑵胀ㄨT件的力學性能提高30%?60%，達到同等條件下精鑄試棒的力學性能要求。
[0024]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書來實現(xiàn)和獲得。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的熱處理工藝做進一步說明。
[0026]本發(fā)明所述鎳基高溫鎳合金中高溫是指600°C以上。
[0027]對于非大型復雜鑄件，熱處理工藝步驟如下:
[0028]1)均勻化處理制度:采用箱式電爐或其他熱處理爐，溫度為(1160?1195°C ) ±10°C，保溫時間為(1?36h) ±0.lh，然后爐冷或空冷至室溫，使鑄造鎳基高溫合金中成分均勻化，改善偏析，其中保溫時間依據(jù)鑄件的尺寸、形狀和厚度決定，鑄件尺寸越大、厚度越厚，需要的保溫時間就越長；
[0029]2)固溶處理制度:采用真空氣淬爐或其他可以控制冷卻速度的熱處理爐，溫度為(935?995°C ) ±10°C，保溫時間為(0.5?15h) ±0.lh,以50?650°C /h的冷卻速度冷卻至600?655°C，然后空冷至室溫，實現(xiàn)溶解基體內(nèi)碳化物等過剩相，得到均勻的過飽和固溶體，便于時效處理獲得適宜尺寸、分布均勻的強化相-γ 〃，其中保溫時間依據(jù)鑄件的尺寸、形狀和厚度決定，鑄件尺寸越大、厚度越厚，需要的保溫時間就越長；
[0030]3)時效處理制度分兩段式:采用真空氣淬爐或其他可以控制冷卻速度的熱處理爐，第一段處理溫度為720°C ±10°C，保溫時間為8h±0.lh，然后以50?56°C/h的冷卻速度冷卻至620°C;第二段處理溫度為620°C ±10°C，保溫時間為8h±0.lh，然后空冷至室溫，盡可能的析出強化相-γ 〃，并進一步調(diào)整強化相的尺寸和分布。
[0031]其中時效處理制度還可以用以下時效熱處理制度替代，具體為:
[0032]第一段處理溫度為760°C ±10°C，保溫時間為5h±0.lh，然后以50?56°C /h的冷卻速度冷卻至650°C ;第二段處理溫度為650°C ±10°C，保溫時間為lh±0.lh，然后空冷至室溫。
[0033]對于使用熱等靜壓處理的非大型復雜鑄件，熱處理步驟在均勻化處理前需進行熱等靜壓處理，以消除鑄件內(nèi)部疏松和縮孔，改善鑄件的內(nèi)部質(zhì)量，具體熱等靜壓處理制度為:
[0034]將鑄件表面的疏松和油污處理干凈，然后進入熱等靜壓爐中，溫度為1160?1195°C，壓力為100?200MPa，保溫時間為(1?36h) ±0.lh，然后隨爐冷卻至300?400。。
后開爐冷卻至室溫。
[0035]對于鑄