[發(fā)明專利]恢復(fù)老化的固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金性能的熱處理方法

有效

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• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102912269A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張學(xué)軍;李能;劉文慧;張文揚(yáng);郭紹慶;周標(biāo);孫兵兵
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院
• 主分類號: C22F1/10
• 分類號: C22F1/10
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱處理加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種主要用于航空發(fā)動機(jī)、燃汽輪機(jī)高溫部件維修領(lǐng)域的恢復(fù)老化的固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金性能的熱處理方法。

背景技術(shù)

航空發(fā)動機(jī)、燃汽輪機(jī)的渦輪、燃燒室、壓氣機(jī)高溫部位的一些部件（如機(jī)匣、火焰筒、封嚴(yán)塊等）采用固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金鍛造或鑄造而成。發(fā)動機(jī)工作一個翻修周期后，這些構(gòu)件經(jīng)常出現(xiàn)超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的裂紋、局部磨損和燒蝕等故障，需要采用熔化焊方法修復(fù)缺陷。由于固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金在較高溫度下長期工作會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，補(bǔ)焊后的構(gòu)件裝機(jī)使用后，較短時(shí)間內(nèi)在焊縫熱影響區(qū)甚至是遠(yuǎn)離熱影響區(qū)的區(qū)域繼續(xù)出現(xiàn)裂紋，不能滿足一個翻修周期要求。工作時(shí)間達(dá)到一個翻修周期的構(gòu)件，即可稱為老化的構(gòu)件。

固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金在高溫下長期工作存在老化現(xiàn)象，主要原因是過多的碳化物在晶界和晶內(nèi)大量析出，導(dǎo)致材料塑性下降，同時(shí)高溫拉伸和高溫持久性能也隨之降低。圖1是某發(fā)動機(jī)高溫部件經(jīng)一個翻修周期后的組織，材料為GH3044。在晶界、晶內(nèi)析出了大量的富Cr、W白色塊狀相，主要是M₂₆C₆、MC碳化物。碳化物是GH3044合金的主要強(qiáng)化相，但析出相過多反而會導(dǎo)致GH3044合金力學(xué)性能下降。老化的GH3044合金，800℃、108MPa拉伸應(yīng)力下，持續(xù)時(shí)間由原來的100小時(shí)以上可下降到29小時(shí)以下；800℃拉伸強(qiáng)度可下降到原來的90％以下。特別在晶界處形成的帶狀析出、在位錯處形成的鏈狀析出、在孿晶處成的鏈狀析出，對性能影響更加顯著。修復(fù)后的構(gòu)件即便消除了宏觀缺陷，由于材料老化狀態(tài)并沒有得到改善，如果構(gòu)件工作時(shí)承受較大應(yīng)力，服役后在其他部位很快會再次出現(xiàn)裂紋。

根據(jù)發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)，這類高溫靜止部件的壽命一般與發(fā)動機(jī)同壽命，部件出現(xiàn)裂紋、磨損、燒蝕等故障后，一般采用焊接方法消除。由于材料老化而導(dǎo)致的裂紋超過規(guī)定尺寸的、或者導(dǎo)致的不可焊的、或者修復(fù)后不能滿足一個翻修周期的構(gòu)件，則報(bào)廢。目前國內(nèi)外還沒有其他方法挽救這些報(bào)廢的部件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是恢復(fù)老化的固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金力學(xué)性能和焊接性能，使之能采用熔焊方法補(bǔ)焊，并且使修復(fù)后構(gòu)件的壽命滿足一個翻修周期的要求。

本發(fā)明技術(shù)方案是：

⑴在老化的構(gòu)件上切取金相試樣，用掃描電鏡觀察金相試樣的組織特征，記錄金相試樣的晶粒度、析出相形態(tài)和分布；析出相表現(xiàn)為：原始晶界碳化物呈連續(xù)帶狀分布，二次晶界碳化物呈鏈狀分布或帶狀分布，晶粒內(nèi)部碳化物彌散分布；

⑵金相試樣在1000～1300℃區(qū)間內(nèi)進(jìn)行固溶熱處理，保溫時(shí)間為10～60min，空冷；

⑶采用掃描電鏡觀察經(jīng)過固溶處理的試樣，確定試樣碳化物析出情況，與原始狀態(tài)試樣進(jìn)行對比，確定方法是如下之一：

A在同一固溶處理制度下，經(jīng)過恢復(fù)性能熱處理后，

a彌散分布的碳化物相平均尺度減少30％以上，或者數(shù)量減少30%以上；

b位錯、孿晶形成的二次晶界上，原始呈鏈狀析出相消失，呈帶狀析出相不再連續(xù)；

d晶粒度等級降低不超過1級；

B在同一固溶處理制度下，經(jīng)過恢復(fù)性能熱處理后，

a彌散分布的碳化物相平均尺度減少30％以上，或者數(shù)量減少30%以上；

c原始晶界帶狀析出相有50%以上轉(zhuǎn)變?yōu)殒湢钗龀鱿啵兼湢钗龀鱿?0%以上消失；

d晶粒度等級降低不超過1級；

C在同一固溶處理制度下，經(jīng)過恢復(fù)性能熱處理后，

b位錯、孿晶形成的二次晶界上，原始呈鏈狀析出相消失，呈帶狀析出相不再連續(xù)；

c原始晶界帶狀析出相有50%以上轉(zhuǎn)變?yōu)殒湢钗龀鱿啵兼湢钗龀鱿?0%以上消失；

d晶粒度等級降低不超過1級；

D在同一固溶處理制度下，經(jīng)過恢復(fù)性能熱處理后，

a彌散分布的碳化物相平均尺度減少30％以上，或者數(shù)量減少30%以上；

b位錯、孿晶形成的二次晶界上，原始呈鏈狀析出相消失，呈帶狀析出相不再連續(xù)；

c原始晶界帶狀析出相有50%以上轉(zhuǎn)變?yōu)殒湢钗龀鱿啵兼湢钗龀鱿?0%以上消失；

d晶粒度等級降低不超過1級；

即可作為恢復(fù)性能熱處理規(guī)范；

⑷根據(jù)以上步驟⑶中所確定的規(guī)范對相應(yīng)的老化的構(gòu)件進(jìn)行恢復(fù)性能熱處理。