專(zhuān)利名稱(chēng)：一種gh864鎳基高溫合金組織精確控制的熱加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫合金鋼領(lǐng)域，涉及一種用于700°C左右使用時(shí)高溫強(qiáng)度、蠕變與疲勞等苛刻受力條件下要求較高的高溫合金部件的GH864鎳基高溫合金組織精確控制的熱加工方法。
背景技術(shù)：
GH864合金是沉淀硬化型鎳基高溫合金，在650°C以上的使用溫度下，該合金主要通過(guò)Y’相析出強(qiáng)化，同時(shí)合理形態(tài)的碳化物顆粒也對(duì)晶界起到一定的強(qiáng)化作用，除了具備一定抗高溫氧化和熱腐蝕的能力，其最大優(yōu)點(diǎn)之一就是具有良好的高溫強(qiáng)韌化匹配；因此該合金一直是制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力機(jī)械中的渦輪盤(pán)及渦輪葉片的主要材料之一[姚志浩，董建新，張麥倉(cāng)，等.GH864合金顯微組織與力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)性.稀有金屬材料與工程，2010，39 ( 9): 1565 ；Semiatin S L, Fagin P N, Glavicic M G, et al. Deformation behavior of Waspaloy at hot-working temperatures. Scripta Mater., 2004， 50: 625]；
GH864合金作為一種典型的難變形高溫合金，其合金化程度高，變形抗力大，可變形溫度窄，因此熱加工時(shí)成型難度很大；對(duì)失效葉片進(jìn)行斷裂機(jī)理分析發(fā)現(xiàn)，造成葉片失效的主要內(nèi)在因素是合金在鍛造后產(chǎn)生的混晶及晶界碳化物包膜；而熱加工歷史對(duì)控制合金材料的晶粒度和晶界碳化物的分布及形貌有著重要的影響，由于工藝參數(shù)控制不當(dāng)而形成的異常組織，往往無(wú)法通過(guò)后續(xù)熱處理徹底消除，而遺傳的微觀組織對(duì)材料的塑性、 沖擊韌性和疲勞性能等指標(biāo)具有顯著的影響[Donachie M J, Pinkowish A A, Danesi W P, Radavich J F, Couts W H. Effect of hot work on the properties of Waspaloy [J], Metallurgical Transactions. 1970, 1:洸23 2630.];因此，當(dāng)液壓鍛造設(shè)備確定后，一般很難調(diào)節(jié)變形速率的情況下，通過(guò)選擇合理鍛造溫度對(duì)GH864合金組織精確控制具有重要意義；其中，對(duì)變形量進(jìn)行控制(變形量對(duì)再結(jié)晶造成的影響，還可以利用后續(xù)高溫固溶處理的靜態(tài)再結(jié)晶進(jìn)行彌補(bǔ))，而對(duì)于變形溫度進(jìn)行確定和控制是鍛造優(yōu)良鍛件的基礎(chǔ)和前提；一旦，鍛造溫度選擇出現(xiàn)偏差，則會(huì)出現(xiàn)由于析出相不均勻或碳化物的回溶再析出而對(duì)晶界帶來(lái)不利的影響，以致造成混晶、晶界相成膜及異常晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象等不良組織，從而導(dǎo)致合金力學(xué)性能下降及性能不穩(wěn)定程度增加[Guimaraes A A, Jonas J J . Recrystallization and aging effects associated with the high temperature deformation of Waspaloy and Inconel 718 [J]. Metallurgical Transactions A. 1981，A12: 1655-1666.];目前，在GH864合金的實(shí)際生產(chǎn)中，工藝給出的熱加工范圍都很大，針對(duì)不同爐次熱加工溫度的選擇尚未有一個(gè)明確的判據(jù)，這就導(dǎo)致該合金的加工成材率較低，成品構(gòu)件的組織性能不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種利用模型對(duì)具體批次的合金制定相應(yīng)的最佳熱加工溫度及熱處理工藝，最終獲得晶粒度均勻、晶界碳化物呈理想分布的組織，同時(shí)保證成型的構(gòu)件具有良好的力學(xué)性能的GH864鎳基高溫合金組織精確控制的熱加工方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種GH864鎳基高溫合金組織精確控制的熱加工方法，具體包括以下步驟
步驟1
1)將GH864鎳基高溫合金經(jīng)過(guò)均勻化、開(kāi)坯及鐓拔處理，在溫度為1080 1觀0°C/4h 保溫后水冷處理，然后測(cè)定碳化物含量、晶粒尺寸隨溫度的變化規(guī)律，并在掃描電鏡下觀察 MC碳化物變化的規(guī)律，結(jié)合顯微形貌和晶粒度隨溫度的變化規(guī)律得到MC碳化物的回溶溫
度 Tmc .
2)測(cè)定該GH864合金的實(shí)際成分，根據(jù)GH864合金標(biāo)準(zhǔn)成分范圍，γ'相的析出溫度隨著Ti含量的變化是呈線(xiàn)性遞增的趨勢(shì)，Y 0相的析出溫度可表示為如(1)
. =A+BXn(1)
式中XTi為T(mén)i的百分含量，A、B分別為不同Al百分含量對(duì)應(yīng)的截距和斜率，其中，Al 的百分含量為1. 2 -1. 6wt%，A的取值為859. 21-884. 52，B的取值為44. 93-56. 98 ；
3)根據(jù)以上給出的方法求出IV和TK，GH864合金最佳熱加工控制溫度模型，如式(2) 所示，根據(jù)式(2)確定出所述GH864合金試樣熱加工的最佳熱加工控制溫度T。hw
Tohw = Ty' + η (Tmc-TyO ⑵ 式中 η=0· 2-0. 9，
步驟2 將所述試樣在步驟2得到的最佳熱加工控制溫度下，速率為10-15mm/s，變形量大于45%，并在壓機(jī)上下模具上放置保溫棉，進(jìn)行鍛壓；
步驟3 所述試樣經(jīng)過(guò)步驟2處理后，進(jìn)行固溶處理溫度為950-1100°C，保溫l_8h ；第一階段時(shí)效，溫度為700-900°C保溫1-1 進(jìn)行油冷，以60°C /min冷卻到第二階段時(shí)效，在溫度為650-850°C保溫6-Mh，空冷。進(jìn)一步，所述步驟3還可以為當(dāng)GH864合金鍛壓產(chǎn)品需要拉伸強(qiáng)度高時(shí)，則熱處理固溶溫度應(yīng)低于IV點(diǎn)10-20°C;第一段時(shí)效溫度應(yīng)控制在800-900°C，時(shí)效時(shí)間為2_8h， 第二階段時(shí)效溫度為700-800°C，時(shí)間為15-20h。進(jìn)一步，所述步驟3還可以為當(dāng)GH864合金鍛壓產(chǎn)品需要持久蠕變性能高時(shí)，則需要在該GH864合金IV以上20-40°C進(jìn)行固溶處理，固溶保溫時(shí)間控制在2- 當(dāng)鍛壓產(chǎn)品需要拉伸強(qiáng)度高時(shí)，第一段時(shí)效溫度應(yīng)控制在800-900°C，時(shí)效時(shí)間為20-30h，第二階段時(shí)效溫度為700-800°C，時(shí)間為15-20h。經(jīng)過(guò)上述方法處理的GH864合金，適用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)、煙氣輪機(jī)用GH864合金盤(pán)件、環(huán)形件、葉片及大型螺栓。本發(fā)明原理該方法根據(jù)該合金精確控制溫度模型范圍為，GH864合金熱變形的溫度下限和上限分別為IV (Y’相的析出溫度)和Tk (MC碳化物的回溶溫度)；高于下限溫度Τγ’可以降低流變應(yīng)力、減小設(shè)備的載荷，避免試樣開(kāi)裂的現(xiàn)象；低于上限溫度可以避免得到嚴(yán)重的混晶和晶界碳化物寬化成膜的組織；本發(fā)明在鍛件變形速率、變形量一定的情況下，對(duì)于確定鍛造的熱加工溫度，具有重要意義；
依據(jù)具體爐次的MC回溶溫度Tk和Y’相開(kāi)始析出溫度1>，隨著其主要形成元素含量的變化而變化；Tmc隨組成元素含量波動(dòng)的變化不大，可以通過(guò)TC計(jì)算并結(jié)合碳化物的析出回溶規(guī)律實(shí)驗(yàn)得出；對(duì)于每個(gè)爐次Y’相的析出溫度，由于沒(méi)有具體測(cè)試分析方法和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，這里可以通過(guò)TC熱力學(xué)的理論計(jì)算方法與實(shí)驗(yàn)結(jié)合，給出合金成分波動(dòng)對(duì)控制溫度的影響規(guī)律；
為了方便查詢(xún)，在GH864合金標(biāo)準(zhǔn)成分范圍內(nèi)，Y’相的析出溫度隨著Ti含量的變化是呈線(xiàn)性遞增的趨勢(shì)，所以^財(cái)目的析出溫度可表示為
. =A+BXn(1)
Xli為T(mén)i的百分含量，A、B分別為不同Al含量對(duì)應(yīng)的截距和斜率，根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果及與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合統(tǒng)計(jì)，如附表1所示；
表1 GH864合金Y 0相析出溫度的線(xiàn)性回歸系數(shù)
權(quán)利要求
1.一種GH864鎳基高溫合金組織精確控制的熱加工方法，其特征在于，具體包括以下步驟步驟1 1)將GH864鎳基高溫合金試樣經(jīng)過(guò)均勻化、開(kāi)坯及鐓拔處理，在溫度為 1080^1280° C/4h保溫后水冷處理，然后測(cè)定碳化物含量、晶粒尺寸隨溫度的變化規(guī)律，并在掃描電鏡下觀察MC碳化物變化的規(guī)律，結(jié)合顯微形貌和晶粒度隨溫度的變化規(guī)律得到 MC碳化物的回溶溫度Τκ;2)測(cè)定該GH864合金試樣的實(shí)際成分，根據(jù)GH864合金標(biāo)準(zhǔn)成分范圍，γ'相的析出溫度隨著Ti含量的變化是呈線(xiàn)性遞增的趨勢(shì)，Y 0相的析出溫度可表示為如式(1)X. — Β . Tj-(1)式中XTi為T(mén)i的百分含量，A、B分別為不同Al百分含量對(duì)應(yīng)的截距和斜率，其中，Al 的百分含量為1. 2 -1. 6wt%，A的取值為859. 21-884. 52，B的取值為44. 93-56. 98 ；3)根據(jù)以上給出的方法求出IV和TK，GH864合金最佳熱加工控制溫度模型，如式(2) 所示，根據(jù)式(2)確定出所述GH864合金試樣熱加工的最佳熱加工控制溫度T。hw Tohw = Ty' + η (Tmc-TyO ⑵式中 η=0· 2-0. 9，步驟2 將所述試樣在步驟2得到的最佳熱加工控制溫度下，速率為10-15mm/s，變形量大于45%，并在壓機(jī)上下模具上放置保溫棉，進(jìn)行鍛壓；步驟3 所述試樣經(jīng)過(guò)步驟2處理后，進(jìn)行固溶處理溫度為950-1100°C，保溫l_8h ；第一階段時(shí)效，溫度為700-900°C保溫1-1 進(jìn)行油冷，以60°C /min冷卻到第二階段時(shí)效，在溫度為650-850°C保溫6-Mh，空冷進(jìn)行。
2.—種GH864鎳基高溫合金組織精確控制的熱加工方法，其特征在于，步驟1 1)將GH864鎳基高溫合金經(jīng)過(guò)均勻化、開(kāi)坯及鐓拔處理，在溫度為1080 1觀0°C/4h 保溫后水冷處理，然后測(cè)定碳化物含量、晶粒尺寸隨溫度的變化規(guī)律，并在掃描電鏡下觀察 MC碳化物變化的規(guī)律，結(jié)合顯微形貌和晶粒度隨溫度的變化規(guī)律得到MC碳化物的回溶溫度 Tmc .2)測(cè)定該GH864合金的實(shí)際成分，根據(jù)GH864合金標(biāo)準(zhǔn)成分范圍，γ'相的析出溫度隨著Ti含量的變化是呈線(xiàn)性遞增的趨勢(shì)，Y 0相的析出溫度可表示為如(1) , =A+BXn(1)式中XTi為T(mén)i的百分含量，A、B分別為不同Al百分含量對(duì)應(yīng)的截距和斜率，其中，Al 的百分含量為1. 2 -1. 6wt%，A的取值為859. 21-884. 52，B的取值為44. 93-56. 98 ；3)根據(jù)以上給出的方法求出IV和TK，GH864合金最佳熱加工控制溫度模型，如式(2) 所示，根據(jù)式(2)確定出所述GH864合金試樣熱加工的最佳熱加工控制溫度T。hw Tohw = Ty' + η (Tmc-TyO ⑵式中 η=0· 2-0. 9，步驟2 將所述試樣在步驟2得到的最佳熱加工控制溫度下，速率為10-15mm/s，變形量大于45%，并在壓機(jī)上下模具上放置保溫棉，進(jìn)行鍛壓；步驟3 所述試樣經(jīng)過(guò)步驟2處理后，進(jìn)行固溶處理溫度低于IV點(diǎn)10-20°C，保溫 1- ；第一段時(shí)效，溫度為800-900°C，時(shí)間為2-他，第二階段時(shí)效，溫度為700-800°C，時(shí)間為 15-20h。
3.—種GH864鎳基高溫合金組織精確控制的熱加工方法方法，其特征在于， 步驟1 1)將GH864鎳基高溫合金經(jīng)過(guò)均勻化、開(kāi)坯及鐓拔處理，在溫度為1080 1觀0°C/4h 保溫后水冷處理，然后測(cè)定碳化物含量、晶粒尺寸隨溫度的變化規(guī)律，并在掃描電鏡下觀察 MC碳化物變化的規(guī)律，結(jié)合顯微形貌和晶粒度隨溫度的變化規(guī)律得到MC碳化物的回溶溫度 Tmc .2)測(cè)定該GH864合金的實(shí)際成分，根據(jù)GH864合金標(biāo)準(zhǔn)成分范圍，γ'相的析出溫度隨著Ti含量的變化是呈線(xiàn)性遞增的趨勢(shì)，Y 0相的析出溫度可表示為如(1)X. = Β .(1)式中XTi為T(mén)i的百分含量，A、B分別為不同Al百分含量對(duì)應(yīng)的截距和斜率，其中，Al 的百分含量為1. 2 -1. 6wt%，A的取值為859. 21-884. 52，B的取值為44. 93-56. 98 ；3)根據(jù)以上給出的方法求出IV和TK，GH864合金最佳熱加工控制溫度模型，如式(2) 所示，根據(jù)式(2)確定出所述GH864合金試樣熱加工的最佳熱加工控制溫度T。hw Tohw = Ty' + η (Tmc-TyO ⑵ 式中 η=0· 2-0. 9，步驟2 將所述試樣在步驟2得到的最佳熱加工控制溫度下，速率為10-15mm/s，變形量大于45%，并在壓機(jī)上下模具上放置保溫棉，進(jìn)行鍛壓；步驟3 所述試樣經(jīng)過(guò)步驟2處理后，進(jìn)行固溶處理溫度為IV以上20-40°C，保溫時(shí)間為2- ，第一段時(shí)效溫度應(yīng)控制在800-900°C，時(shí)效時(shí)間為20-30h，第二階段時(shí)效溫度為 700-800°C，時(shí)間為 15-20h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述方法處理的GH864合金，其特征在于，該合金適用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)、煙氣輪機(jī)用GH864合金盤(pán)件、環(huán)形件、葉片及大型螺栓。
全文摘要
本發(fā)明一種GH864鎳基高溫合金組織精確控制的熱加工方法，屬于鎳基高溫合金熱加工領(lǐng)域，特別適用于難變形GH864合金熱加工溫度的確定。這種精確控制的熱加工工藝特征為確定GH864合金熱變形的溫度下限Tγ'和上限TMC。由每個(gè)爐批次不同成分，根據(jù)最佳熱加工控制溫度模型Tohw＝Tγ'＋n(TMC-Tγ')，即獲得所對(duì)應(yīng)的最佳熱加工溫度值。GH864合金的熱加工方法，經(jīng)本模型控制熱加工溫度，接著進(jìn)行適當(dāng)固溶及時(shí)效熱處理，并保證溫度及時(shí)間的最佳化。最后得到的熱處理態(tài)GH864合金組織良好，晶粒度較為均勻和晶界碳化物斷續(xù)分布；拉伸性能和持久性能測(cè)試結(jié)果表明，經(jīng)此模型熱加工的GH864合金性能均超過(guò)了技術(shù)條件的要求，同時(shí)使合金性能的波動(dòng)性降低，保證了高溫運(yùn)行部件的穩(wěn)定運(yùn)行。
文檔編號(hào)G01N1/28GK102312118SQ20111028226
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者姚志浩, 張麥倉(cāng), 洪成淼, 董建新 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)