[發明專利]鎳基合金熱處理，鎳基合金，和包括鎳基合金的制品

有效

• 申請號: 201280058477.4
• 申請日: 2012-11-02
• 公開（公告）號: CN103958710A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: E.T.麥克德維特
• 申請（專利權）人: ATI資產公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 秦劍

技術背景

技術領域

本發明的實施方案一般涉及熱處理鎳基合金的方法。

技術背景的描述

合金718(UNS07718)為最廣泛使用的鎳基合金之一并且一般描述于美國專利No.3,046,108，所述專利的說明書在此通過引入整體并入本文。合金718包含示于下表范圍內的元素組分，外加附帶雜質。

合金718的廣泛使用至少部分地歸因于所述合金的若干有利性能。例如，合金718具有高達約1200°F(648.9℃)的高強度和應力斷裂性能。另外，合金718具有良好的加工特性，諸如有利的可鑄性和熱加工性以及良好的焊接性。這些特性使得人們易于制造由合金718制成的元件并且，當需要時，修復那些元件。如下文論述，合金718的若干有利性能來源于合金的沉淀硬化微結構，所述微結構主要由γ″相沉淀物強化。

沉淀硬化的鎳基合金包括兩種主要的強化相：γ'相(或“伽瑪'”)沉淀物和γ″相(或“伽瑪″”)沉淀物。γ'相和γ″相均為化學計量的、富含鎳的金屬間化合物。然而，γ'相通常包含鋁和鈦(即，Ni₃(Al,Ti))作為主要的合金元素，而γ″相主要包括鈮(即,Ni₃Nb)。當γ'相和γ″相均在面心立方奧氏體基體(austenite?matrix)中形成相干的沉淀物時，因為與γ″相沉淀(其具有體心四方晶體結構)相關的適配應變能(misfit?strain?energy)比γ'相沉淀物(其具有面心立方晶體結構)相關的適配應變能大，所以γ″相沉淀物往往是比γ'相沉淀物更有效的強化劑。即，對于相同的沉淀體積分數和粒徑，主要由γ″相沉淀物強化的鎳基合金一般強于主要由γ'相沉淀物強化的鎳基合金。

包括γ″相沉淀物強化的微結構的鎳基合金的一個缺點為γ″相在高于約1200°F(648.9℃)的溫度下為不穩定的并且將轉化成更穩定的δ相(或“德爾塔相”)。雖然δ相沉淀物具有與γ″相沉淀物(即，Ni₃Nb)相同的組成，但是δ相沉淀物具有正交的晶體結構并且與奧氏體基體不相干。因此，δ相沉淀物在基體上的強化作用一般被認為可忽略的。因此，轉化成δ相的結果為合金718的某些機械性能，諸如應力斷裂壽命，在高于約1200°F(648.9℃)的溫度下迅速地退化。因此，合金718的用途通常局限于其中合金經受低于1200°F(648.9℃)的溫度的應用中。

為了形成所需的沉淀硬化微結構，鎳基合金經受熱處理或沉淀硬化過程。鎳基合金的沉淀硬化過程一般包括通過在足以基本上溶解合金中所有γ'相和γ″相沉淀物的溫度(即，接近、在或高于沉淀物的固溶溫度)下加熱合金來固溶處理所述合金，將所述合金從固溶處理溫度冷卻，隨后在一個或多個時效步驟中使所述合金時效。時效在低于γ沉淀物的固溶溫度的溫度下進行以便使得所需沉淀物以可控方式形成。

鎳基合金中所需微結構的形成取決于使用的合金組成和沉淀硬化過程(即，固溶處理和時效方法)。例如，對于用于高溫使用的合金718，通常的沉淀硬化程序包括在1750°F(954.4℃)的溫度下將所述合金固溶處理1至2小時，將所述合金空氣冷卻，然后在兩步時效方法中使所述合金時效。第一時效步驟包括將合金在1325°F(718.3℃)的第一時效溫度下加熱8小時，以約50至100°F/小時(28至55.6℃/小時)將所述合金冷卻至1150°F(621.2℃)的第二時效溫度并在所述第二時效溫度下將所述合金時效8小時。此后，將所述合金空氣冷卻至室溫。在上述熱處理之后產生的沉淀硬化微結構由不連續的γ'相和γ″相沉淀物組成，但主要由γ″相沉淀物強化，其中少量的γ'相沉淀物起到次級強化作用。

為了努力增加鎳基合金的允許使用溫度，已經開發了若干γ'相強化鎳基合金。此類合金的一個實例為沃斯帕洛伊(Waspaloy)鎳基合金(UNS?N07001)，所述合金可以ATI沃斯帕洛伊合金從ATI?Allvac,Monroe,North?Carolina?USA商購獲得。因為沃斯帕洛伊鎳基合金包括比合金718高水平的合金添加劑，包括鎳、鈷和鉬，所以沃斯帕洛伊合金通常比合金718的成本高。另外，由于相對于γ″相沉淀物，γ'相沉淀物具有較快的沉淀動力學，所以沃斯帕洛伊合金的熱加工性和焊接性通常被認為比合金718差。