一種高塑性鎳基合金的熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】一種高塑性鎳基合金的熱處理工藝，包括以下步驟：先將合金升溫，之后進行低溫固溶處理，保溫一段時間后空冷；之后進行兩級低溫時效；解決了該合金塑性較差、熱處理時長過長的技術問題，經(jīng)過本發(fā)明制備的合金，強度略微上升，塑性明顯提高，上升幅度可達30%~35%，并且熱處理時長只有原來的一半，大大縮短了熱處理時間。
【專利說明】
一種高塑性鎳基合金的熱處理工藝
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種高塑性鎳基合金的熱處理工藝。
【背景技術】
[0002] 鎳基合金具有高使用溫度、高蠕變性能、高持久性能、高抗高溫氧化性能等一系列 優(yōu)點，廣泛應用于航空發(fā)動機、燃氣輪機等領域。鎳基粉末合金是一種新型的合金，相比于 傳統(tǒng)的鑄鍛合金，其具有無宏觀偏析、晶粒細小、組織均勻、成本低等一系列優(yōu)點，并且可以 制造一些熱加工性差的合金，目前已經(jīng)成為航空航天發(fā)動機關鍵熱端部件的必選材料，包 括財54、6￡、？&1、1? 〇118-1?〇7(^等在內(nèi)的知名機構和企業(yè)都在進行先進粉末高溫合金的研 制。目前世界上最先進的軍機和民機，如4320)330、8777、8787、？35等，無一例外在關鍵熱 端部件上選用了鎳基粉末合金。因此，如何能制備出性能優(yōu)良的鎳基粉末合金非常重要。
[0003] 雖然鎳基粉末合金具有很多優(yōu)勢，但是一直以來都有三個主要的問題困擾著合金 的開發(fā)者:熱誘導孔洞、粉末原始顆粒邊界以及非金屬夾雜。這三種缺陷的存在，往往在宏 觀力學性能中表現(xiàn)出來，具有這三種缺陷的合金是致命的。國內(nèi)外科研工作者經(jīng)過了數(shù)十 年的探索，仍未能很好地解決這一難題。其中重要的一個環(huán)節(jié)就是熱處理工藝的改善。
[0004] 鎳基粉末合金傳統(tǒng)的熱處理工藝為固溶處理+時效處理。其中固溶溫度的選擇一 般以y7相固溶溫度為基準，一般熱處理溫度范圍在y 7相固溶溫度之下3〇°C到丫'相固溶 溫度之上3〇°C范圍內(nèi)。而碳化物的析出溫度作為時效溫度的選擇依據(jù)。對于本發(fā)明涉及的 Ni-Co-Cr型高溫合金，采用的傳統(tǒng)的工藝是：固溶溫度為1210°C ( y 7相固溶溫度以上25 °C )，時效溫度為870 °C (M6C碳化物的析出溫度）。但是采用這種制度制備的合金，強度往往 可以達到要求，但是塑性偏低，僅僅是略高于最低標準。這種情況限制了合金在部分關鍵場 合的使用。目前國內(nèi)外研究人員開展的相關改進研究中，獲得材料的塑性大都集中在20%左 右，這是不能滿足合金的高需求的。并且傳統(tǒng)的工藝熱處理時間很長，完成一個熱處理制度 往往需要40~45小時，不利于工業(yè)生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種高塑性鎳基合金的熱處理 工藝，解決了Ni-Co-Cr型鎳基粉末合金塑性差的缺點，與現(xiàn)有的數(shù)據(jù)相比，可以使該合金延 伸率上升35~40%，斷面收縮率上升30~35%;本發(fā)明不影響合金的強度；與傳統(tǒng)工藝相比，改 進后的熱處理制度時常由43小時縮短至25小時，降低了成本，更加適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:一種高塑性鎳基合金的熱處理工藝， 包括以下步驟： 1) 按照以下質(zhì)量百分比配制鎳基粉末合金:Co: 15~16.5%，Cr: 8~10%，A1:4.8~5.3%，Ti : 1 ? 6~2%，W: 5 ? 2~5 ? 9%，Mo: 3 ? 5~4 ? 2%，Nb: 2 ? 4~2 ? 8，C: 0 ? 02~0 ? 06%，Hf: 0 ?卜0 ? 4%，B〈0 ? 015%，Ni 為余S；; 2) 上述鎳基粉末合金采用固溶和時效工藝處理，鎳基粉末合金經(jīng)真空感應熔煉和電渣 重熔，得到合金棒材，采用PREP制粉設備加工為金屬粉末，之后將其裝入包套，進行熱等靜 壓成形； 3)將步驟2)得到的熱等靜壓件進行固溶和時效熱處理： 在1040~1080°C的馬弗爐中保溫1~5小時，之后取出空冷至室溫，在750~850°C內(nèi)進行時 效，時效時長6~12小時；以0.3~1°C/min的速率降溫至600~700°C，保溫6~12小時，整個熱處 理時長〈30小時。
[0007] 本發(fā)明的有益效果是： 通過本發(fā)明制備的鎳基粉末合金，抗拉強度可以達到1465~1500MPa，屈服強度達到965 ~lOOOMPa，延伸率達到25.5~29%，斷面收縮率達到26~30%。與傳統(tǒng)固溶時效處理工藝相比， 抗拉強度下降2%，斷后伸長率提高約40%，斷面收縮率提高約35%。
[0008] 經(jīng)過本發(fā)明的鎳基粉末合金，強度略微提升，塑性則得到了很大的提高，可以滿足 很多場合的要求。同時，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整熱處理參數(shù)，經(jīng)過調(diào)整的熱處理工藝時間減 少18~23小時，有效提高了生產(chǎn)效率，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，適合工業(yè)化生產(chǎn)，在航空航 天、石油化工領域都有實用價值。
【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明該合金的組織（X 100)圖。
[0010] 圖2為本發(fā)明該合金的組織（X 200)圖。
[0011]圖3為常規(guī)工藝下合金的組織（X 200)圖。
[0012]圖4為本發(fā)明的工藝曲線圖。
【具體實施方式】
[0013] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0014] 1)按照以下質(zhì)量百分比配制鎳基粉末合金： 表1為本發(fā)明合金化學成分(被％)
熔煉，得到熱等靜壓態(tài)合金，按照下述方法進行熱處理： 2) 米用VIM+ESR制備銀基合金棒，米用制粉機進行制粉，制備粉末裝包套后進行熱等靜 壓； 3) 步驟2)得到的熱等靜壓件進行低溫固溶+時效熱處理： 在1080 °C下保溫5小時，之后取出空冷至室溫，之后在850°C內(nèi)進行時效，時效時長12小 時;之后以1°C/min的速率降溫至700°C，保溫12小時，整個熱處理時長23小時。
[0015]表2為本發(fā)明下該合金與常規(guī)工藝力學性能對比?？梢园l(fā)現(xiàn)，本發(fā)明在總體熱處理 時長減少的情況下，合金析出相更加細小彌散，晶界析出相減少，減小了晶界析出相作為弱 連接區(qū)域的可能。同時，晶內(nèi)析出相Y'相數(shù)量更多，尺寸也更為細小，都為合金具備高塑性 創(chuàng)造了有利的條件。表中數(shù)據(jù)可見，合金的強度下降了約2~3%，但是延伸率上升了 38%。
[0016] 實施例1 本例實施中，1)按照以下質(zhì)量百分比配制鎳基粉末合金:Co: 15.3%，Cr: 9.4%，A1:4.7%， Ti:1.8%，W:5.2%，Mo:4.1%，C:0.43%，Nb :2.6，Hf:0.23%，B:0.010，Ni 余量； 2) 上述鎳基粉末合金采用固溶和時效工藝處理，經(jīng)真空感應熔煉和電渣重熔，得到 800*〇80的棒材，表面粗糙度Ra〈l. 6，采用PREP制粉設備加工為金屬粉末，將其裝入包套， 進行熱等靜壓成形； 3) 將步驟2)得到的熱等靜壓后的合金帶包套進行熱處理，在1040°C下進行固溶處理， 在馬弗爐中保溫2小時，之后取出空冷至室溫，之后在780°C下進行時效，時效時長8小時;之 后以0.6°C/min的速率降溫至680°C，保溫8小時，整個熱處理時長22小時。表3為本發(fā)明下該 合金的力學性能。
[0017] 實施例2 本例實施中，1)按照以下質(zhì)量百分比配制鎳基粉末合金:Co: 15.4%，Cr: 9.6%，A1:4.8%， Ti:1.7%，W:5.5%，Mo:3.8%，C:0.36%，Nb :2.5，Hf:0.26%，B:0.008，Ni 余量； 2) 上述鎳基粉末合金按照經(jīng)真空感應熔煉和電渣重熔，得到700*0 70的棒材，表面粗 糙度Ra〈l. 6，采用PREP制粉設備加工為金屬粉末，之后將其裝入包套，進行熱等靜壓成形； 3) 將步驟2)的鎳基粉末合金熱等靜壓后的合金帶包套進行熱處理，在1060°C下進行固 溶處理，在馬弗爐中保溫5小時，之后取出空冷至室溫，之后在，750°C下進行時效，時效時長 7小時;之后以0.3°C/min的速率降溫至610°C，保溫7小時，整個熱處理時長25小時。表3為本 發(fā)明下該合金的力學性能。
[0018] 實施例3 本例實施中，1)按照以下質(zhì)量百分比配制鎳基粉末合金:Co: 15.6%，Cr: 9.1 %，A1:4.9%， Ti:1.8%，W:5.3%，Mo:3.8%，C:0.35%，Nb :2.5，Hf:0.22%，B:0.011，Ni 余量； 2) 上述鎳基粉末合金采用固溶和時效工藝處理，經(jīng)真空感應熔煉和電渣重熔，得到 800* 〇 80的棒材，表面粗糙度Ra〈 1.6，采用PREP制粉設備加工為金屬粉末，之后將其裝入包 套，進行熱等靜壓成形； 3) 將步驟2)得到的熱等靜壓后的合金帶包套進行熱處理，在1070°C下進行固溶處理， 在馬弗爐中保溫1小時，之后取出空冷至室溫，之后在800°C下進行時效，時效時長8小時;之 后以1°C/min的速率降溫至680°C，保溫8小時，整個熱處理時長21小時。
[0019]表3為本發(fā)明下該合金的力學性能。
【主權項】
1. 一種高塑性鎳基合金的熱處理工藝，其特征在于，包括以下步驟： 1) 按照該合金成分配比，經(jīng)真空感應熔煉和電渣重熔得到合金棒材，采用PREP制粉設 備加工為金屬粉末； 2) 之后將其裝入不銹鋼包套，進行熱等靜壓成形； 3) 將步驟2)得到的熱等靜壓件進行固溶和時效熱處理： 在1040~1080°C的馬弗爐中保溫1~5小時，之后取出空冷至室溫，在750~850°C內(nèi)進行時 效，時效時長6~12小時；以0.3~1°C/min的速率降溫至600~700°C，保溫6~12小時，整個熱處 理時長〈30小時。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種高塑性鎳基合金的熱處理工藝，其特征在于，所述的步驟 3)中固溶溫度低于γ '相固溶溫度100~150°C，比傳統(tǒng)熱處理工藝低120~170°C。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種高塑性鎳基合金的熱處理工藝，其特征在于，所述的步驟 3)中時效熱處理采用了兩級時效熱處理制度，并且最終時效溫度低于合金的使用溫度。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種高塑性鎳基合金的熱處理工藝，其特征在于，所述的步驟 3)中時效熱處理時長比傳統(tǒng)工藝縮短了 13小時。
【文檔編號】C22C1/04GK105821359SQ201610219832
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】閆飛, 王慶相, 韓志宇, 梁書錦, 張平祥, 左振博, 相敏, 王 琦, 莫茗錕
【申請人】西安歐中材料科技有限公司