[發明專利]超細晶耐高溫合金盤坯料的制造方法

有效

• 申請號: 201110300657.6
• 申請日: 2011-09-28
• 公開（公告）號: CN103008659A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 張俊寶;張宇軍;梁永立
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司 31114
• 代理人: 竺明

技術領域

本發明涉及耐高溫合金盤坯的制造技術，尤其涉及超細晶高溫合金坯料的制造方法。

背景技術

高溫合金是現代航空發動機、火箭發動機、燃汽輪機所必需的重要金屬材料。它能在高溫(一般指600-900℃)、氧化氣氛和燃汽腐蝕條件下，承受較大應力并長期使用。高溫合金渦輪盤是高溫合金制品，目前用量較多的是燃汽輪機渦輪盤和飛機用渦輪盤。

飛機用渦輪盤，盤心部位承受低溫高應力，需要細晶組織以保證足夠的拉伸強度和疲勞抗力，而邊緣部位則承受高溫低應力，需要粗晶以保證足夠的蠕變、持久性能，對于在有非連續孔洞部分還需要最佳的低周疲勞性能。鎳基高溫合金渦輪盤設計中必須控制合金中γ相的含量、尺寸配比及析出相形態以保證高溫強度和塑性。由于強化元素不斷增多，熱工藝性能惡化，甚至已不能熱加工變形，只能以鑄態使用，而鑄態合金偏析嚴重，無法滿足新型發動機的需要。

中國專利CN101307402介紹了熱變形加工工藝，工藝窗口較小。目前飛機用高溫合金渦輪盤多采用粉末冶金制造(文獻《大型鑄鍛件》2007.2)。粉末冶金渦輪盤的制造過程分成幾個步驟，主要有：高溫合金粉末的制備；粉末熱等靜壓成型、熱擠壓和熱鍛加工或包套熱軋鍛等。目前只有美國、俄羅斯、英國、法國和德國等少數幾個國家掌握了合金部件的生產技術。我國于上世紀年代末開展粉末高溫合金研究，目前研制粉末高溫合金的單位主要有鋼鐵研究總院、北京科技大學、所幾家單位。國外粉末高溫合金盤件一般是通過大型擠壓設備，采用大擠壓比獲得超細晶坯，對于FGH合金主要工藝是熱等靜壓+擠壓+超塑性鍛造。由于我國沒有大噸位擠壓設備，擠壓+超塑性鍛造工藝無法實施；對于等溫鍛造和超塑性鍛造需要真空或惰性氣體保護下的全封閉鍛造設備和裝置以及大噸位的等溫鍛造專用壓機，投資巨大。因此，國外的方法目前在我國很難實現，無大噸位擠壓機和等溫鍛造壓機、無全封閉鍛造設備成為制約我國大型粉末高溫合金盤件制造技術發展的主要障礙。

綜上所述，制約高溫合金渦輪盤制造的主要環節是大噸位的鍛機和大噸位的擠壓設備，已構成了高溫合金渦輪盤大型化的技術瓶徑。

發明內容

鑒于現有狀況，本發明的目的在于提供一種超細晶耐高溫合金盤坯料的制造方法，可以獲得超細晶組織；盤坯料組織致密、尺寸大；最重要的是不需要大噸位的鍛機或擠壓設備。

為達到上述的目的，本發明的技術方案是：

超細晶耐高溫合金盤坯料的制造方法，其包括如下步驟：

1)高溫合金粉末的制備，

高溫合金粉末采用真空熔煉，氬氣或氦氣霧化法制備，使用氬氣或氦氣做為霧化氣體，氬氣或氦氣的純度要求為大于99.999％；制粉工藝中要求高溫合金熔液的過熱度范圍為150℃-250℃，粉末為球形，粒徑范圍為：1-35μm；

2)高溫合金粉末熱處理，

高溫合金粉末制備后，將粉末放入真空氣氛爐中進行熱處理，先在4000-5000Pa氫氣保護下，在300℃-600℃進行還原退火處理，優選范圍為400℃-500℃；控制最終粉末的氧含量小于20ppm；然后將爐內的氫氣抽出，真空度要求達到10^-3Pa以下；真空度達到后爐溫升至800℃-950℃，保溫2.5-3.0小時，再以25-30℃/min的速度降低到室溫，取出后再真空貯藏備用；

3)高溫合金芯管選擇，

芯管采用高溫合金材料，芯管外徑≥50mm，壁厚≥12.5mm；

4)盤坯料的高溫噴射沉積及復合再結晶，

芯管繞其軸心轉動，采用高壓氣體攜帶高溫合金粉末對轉動的芯管表面進行噴射沉積，在芯管上形成盤坯，芯管轉動速度與盤坯的實時外徑關系為：r＝28.7/d_t

式中，r為轉速，單位為轉/分；d_t為盤坯的實時外直徑，單位為米；

在成形的同時，芯管內通入高壓冷卻水對形成的盤坯進行實時溫度控制，水壓為20～25MPa，高壓冷卻水的溫度為25～60℃；

高溫噴射沉積成形在氣密室中進行，氣密室保持0.01MPa以上的正壓，氧氣分壓低于1.0×10^-1Pa；高壓氣體為惰性氣體，氣體中的氧氣分壓低于1.0×10^-2Pa，氣體的溫度為0.5-0.6T_m，T_m為高溫合金的熔點；

高溫合金粉末的速度為：最低速度為：