[發(fā)明專利]一種利用涂層法控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910220145.1
• 申請日: 2009-11-25
• 公開（公告）號: CN102071383A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝光;張健;樓瑯洪;孫超
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: C22F1/10
• 分類號: C22F1/10;C21D1/68;C30B33/02
• 代理公司: 沈陽晨創(chuàng)科技專利代理有限責(zé)任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及再結(jié)晶的控制技術(shù)，特別提供一種利用涂層法涂層控制定向凝固柱狀晶和單晶鎳基高溫合金再結(jié)晶的技術(shù)。

背景技術(shù)

燃?xì)廨啓C(jī)、航空發(fā)動機(jī)葉片都是在較高溫度下使用，且葉片主要受離心力作用，而在高溫下，晶界的強(qiáng)度不如晶內(nèi)強(qiáng)度，橫向晶界就成了葉片的薄弱環(huán)節(jié)。為此，人們發(fā)展了定向柱晶甚至單晶葉片來消除橫向晶界或全部晶界。與傳統(tǒng)多晶葉片相比，這些葉片具有更好的縱向機(jī)械性能和更高的承溫能力。

但是，葉片在定向凝固過程中，由于金屬與陶瓷鑄型、型芯熱膨脹系數(shù)的差異，鑄件會產(chǎn)生變形。隨后的整形、噴砂、釬焊甚至服役過程中也有可能產(chǎn)生變形。這樣，葉片經(jīng)高溫處理(固溶處理或服役過程中的高溫)就會產(chǎn)生再結(jié)晶。再結(jié)晶產(chǎn)生橫向晶界，于是又形成了葉片的薄弱環(huán)節(jié)，嚴(yán)重影響葉片的性能。

目前，對于定向凝固葉片產(chǎn)生的再結(jié)晶，采取的措施主要是控制葉片的變形(如盡量減少機(jī)械加工，優(yōu)化設(shè)計(jì)鑄型、型芯等)來預(yù)防葉片產(chǎn)生再結(jié)晶，或者建立葉片再結(jié)晶標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格檢測，超過某一程度再結(jié)晶的葉片即行報(bào)廢。

由于葉片在生產(chǎn)過程中不可避免的經(jīng)過某些工序(如噴砂等)，這些工序所產(chǎn)生的變形就無法避免。因此而帶來的再結(jié)晶會大幅度降低鑄件合格率，增加成本，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

對于再結(jié)晶的控制，國外有一些相關(guān)的報(bào)道。歐洲專利(專利號：EP1038982A1)采用氣體(主要是CO與氬氣的混合氣體)滲碳的方法將碳擴(kuò)散到合金基體中形成碳化物，利用碳化物粒子阻礙晶界遷移的作用來控制再結(jié)晶和使再結(jié)晶局部化。該方法設(shè)備較復(fù)雜，操作較繁瑣，以控制生長的方法控制再結(jié)晶，而且主要應(yīng)用于單晶合金。美國專利(專利號：5551999)采用較低溫度反復(fù)回復(fù)的方法來控制再結(jié)晶，該方法不能抑制再結(jié)晶表面形核和氧化。還有采用涂層里面加入晶界強(qiáng)化元素的方法來強(qiáng)化再結(jié)晶晶界，避免裂紋產(chǎn)生(專利號：EP?1036850A1)，該方法主要針對單晶鎳基高溫合金。這種方法主要考慮的是再結(jié)晶產(chǎn)生以后，如何設(shè)法消除再結(jié)晶的不利影響，即強(qiáng)化再結(jié)晶晶界，而不是設(shè)法抑制再結(jié)晶的產(chǎn)生。更有甚者，采用化學(xué)腐蝕的方法直接將再結(jié)晶層腐蝕去除(專利號：5413648)。該方法雖然能夠去除再結(jié)晶層，但是對于薄壁單晶或者定向柱晶鎳基高溫合金部件顯然不適用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，具體是一種利用涂層法控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，該方法能使鎳基高溫合金變形后產(chǎn)生的再結(jié)晶顯著減少。

本發(fā)明具體提供了一種利用涂層法控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，其特征在于：在己產(chǎn)生變形的定向凝固鎳基高溫合金表面涂覆涂層，涂層樣品經(jīng)過去應(yīng)力退火以后，進(jìn)行定向凝固鎳基高溫合金的標(biāo)準(zhǔn)固溶處理；其中，涂層為Zr/NiCoCrAlYSiB、CrC/Cr₂O₃/NiCoCrAlYSiB、Cr₂O₃/NiCoCrAlYSiB、NiCoCrAlYSiB、C/NiCoCrAlYSiB或Zr/ZrO₂/NiCoCrAlYSiB。

本發(fā)明提供的一種利用涂層法控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，其特征在于：所述涂層優(yōu)選為C/NiCoCrAlYSiB、Zr/NiCoCrAlYSiB。這些涂層中含有的C元素可能形成碳化物粒子阻礙晶界遷移從而抑制再結(jié)晶，而Zr原子進(jìn)入涂層內(nèi)部可能阻礙元素?cái)U(kuò)散而達(dá)到抑制再結(jié)晶的目的。

本發(fā)明提供的一種利用涂層法控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，其特征在于：涂層工藝為電弧離子鍍、磁控濺射、等離子噴涂。

本發(fā)明提供的一種利用涂層法控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，其特征在于：涂層經(jīng)去應(yīng)力退火處理，其去應(yīng)力退火的工藝參數(shù)為：600～1100℃/1～12h。

本發(fā)明提供的一種利用涂層法控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，其特征在于：涂層去應(yīng)力退火的工藝參數(shù)為：900℃/10h，該溫度下退火可以避免合金基體內(nèi)發(fā)生相變從而使基體組織退化。

本發(fā)明通過涂層包覆及涂層所含成分控制再結(jié)晶。與涂層中加入晶界強(qiáng)化元素強(qiáng)化再結(jié)晶晶界不同的是，本發(fā)明涂層所含成分能通過阻礙元素?cái)U(kuò)散的作用來抑制再結(jié)晶的發(fā)展；另外，涂層中加入晶界強(qiáng)化元素的前提是承認(rèn)再結(jié)晶的存在，然后設(shè)法消除再結(jié)晶的不利影響，而本發(fā)明涂覆涂層的目的是控制再結(jié)晶的發(fā)展。

附圖說明

圖1為水噴砂變形定向凝固鎳基高溫合金后，沒有涂層而直接固溶處理所產(chǎn)生的再結(jié)晶組織。