[發明專利]一種采用滲碳法控制定向凝固鎳基高溫合金再結晶的方法

無效

• 申請號: 200910220146.6
• 申請日: 2009-11-25
• 公開（公告）號: CN102071393A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 謝光;張健;樓瑯洪
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C23C8/36
• 分類號: C23C8/36;C22F1/10;C30B33/02
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發明涉及再結晶的控制技術，特別提供一種采用滲碳法控制定向凝固柱狀晶和單晶鎳基高溫合金再結晶的技術。

背景技術

燃氣輪機、航空發動機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，晶界的強度不如晶內強度，橫向晶界就成了葉片的薄弱環節。為此，人們發展了定向柱晶甚至單晶葉片來消除橫向晶界或全部晶界。與傳統多晶葉片相比，這些葉片具有更好的縱向機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、型芯熱膨脹系數的差異，鑄件會產生變形。隨后的整形、噴砂、釬焊甚至服役過程中也有可能產生變形。這樣，葉片經高溫處理(固溶處理或服役過程中的高溫)就會產生再結晶。再結晶產生橫向晶界，于是又形成了葉片的薄弱環節，嚴重影響葉片的性能。由于葉片在生產過程中不可避免要經過某些工序(如噴砂等)，這些工序所產生的變形就無法避免。因此而帶來的再結晶會大幅度降低鑄件合格率，增加成本，嚴重影響生產效率。

目前，對于定向凝固葉片產生的再結晶，采取的措施主要是控制葉片的變形(如盡量減少機械加工，優化設計鑄型、型芯等)來預防葉片產生再結晶，或者建立葉片再結晶標準，嚴格檢測，超過某一程度再結晶的葉片即行報廢。

對于再結晶的控制，國外有一些相關的報道。歐洲專利(專利號：EP1038982A1)采用氣體滲碳的方法將碳擴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晶和使再結晶局部化。該方法設備較復雜，操作較繁瑣，成本高，主要以控制生長的方法控制再結晶，而且主要應用于單晶合金。美國專利(專利號：5551999)采用較低溫度反復回復的方法來控制再結晶。還有采用涂層里面加入晶界強化元素的方法來強化再結晶晶界，避免裂紋產生(專利號：EP?1036850A1)，該方法主要針對單晶鎳基高溫合金。更有甚者，采用化學腐蝕的方法直接將再結晶層腐蝕去除(專利號：5413648)。該方法雖然能夠去除再結晶層，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。

發明內容

本發明目的是提供一種采用滲碳法控制定向凝固鎳基高溫合金再結晶的方法，該方法能使定向凝固鎳基高溫合金變形后可能產生的再結晶顯著減少。

本發明具體提供了一種采用滲碳法控制定向凝固鎳基高溫合金再結晶的方法，其特征在于：采用微弧火花滲碳工藝在定向凝固鎳基高溫合金表面滲碳處理，然后變形處理，最后進行定向凝固鎳基高溫合金的標準固溶處理；其中，滲碳處理的滲碳材料為石墨電極；

滲碳工藝參數為：頻率：1000～5000HZ，功率：500～3000W，電壓：20～100V。

滲碳層直接包覆合金表面，滲碳層與合金基體之間為冶金結合；通過滲碳層包覆及滲碳產物控制再結晶，除了能控制再結晶生長外，還通過滲碳層包覆控制再結晶表面形核，且能防止合金表面氧化。

本發明提供的控制定向凝固鎳基高溫合金再結晶的方法中，其特征在于：滲碳材料為石墨電極。相對于氣體滲碳使用的CO和氬氣，該材料取材方便，價格便宜，便于存放。

本發明提供的控制定向凝固鎳基高溫合金再結晶的方法，其特征在于：滲碳工藝設備為微弧火花加工機3H-ES-1500。

本發明提供的控制定向凝固鎳基高溫合金再結晶的方法，其特征在于：滲碳工藝的頻率優選為1000～2000HZ、功率優選為1000～3000W、電壓優選為50～80V，適度的電壓、功率和頻率值既能保證得到適當深度的滲碳層，又能在一定程度上避免對合金基體的損傷和過高的應力產生。

本發明提供的控制定向凝固鎳基高溫合金再結晶的方法，相對于氣體滲碳而言，設備簡單，操作切實可行。

附圖說明

圖1為水噴砂變形定向凝固鎳基高溫合金后(噴砂參數為：噴砂時間1min，砂粒為半徑220目的空心SiO2球，噴砂壓力0.45MPa)，直接真空固溶處理所產生的再結晶組織；

圖2為水滲碳處理定向凝固鎳基高溫合金后，噴砂變形(噴砂參數為：噴砂時間1min，砂粒為半徑220目的空心SiO2球，噴砂壓力0.45MPa)，經過真空固溶處理所產生的再結晶組織。

具體實施方式

實施例1滲碳控制DZ125L定向凝固鎳基高溫合金再結晶。