[發(fā)明專利]真空熱處理恢復(fù)鎳基高溫合金組織和性能的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410354059.0
• 申請日: 2014-07-23
• 公開（公告）號: CN105274459A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 向巧;吳業(yè)瓊;何勇;陳海生;謝旭東;黃選民;胡兵
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍第五七一九工廠
• 主分類號: C22F1/10
• 分類號: C22F1/10;C22F1/02
• 代理公司: 成飛(集團(tuán))公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鎳基高溫合金熱端部件組織和性能的恢復(fù)方法。

技術(shù)背景

鎳基高溫合金是現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)、航天器和火箭發(fā)動機(jī)以及艦艇和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的關(guān)鍵熱端部件材料(如渦輪葉片、渦輪盤、燃燒室和機(jī)匣等，尤其是發(fā)動機(jī)葉片)，是各種高溫零部件中使用最廣泛，牌號最多，使用量最大，地位最重要的一種高溫合金。鎳基高溫合金是以含量一般大于50％的鎳為基體、在650℃以上溫度具有較高的強(qiáng)度和良好的抗氧化、抗燃?xì)飧g能力的高溫合金。鎳基合金含有十多種元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蝕作用，其它元素主要起強(qiáng)化作用。它具有較高的高溫強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度和持久性能以及良好的抗疲勞性能、良好的組織穩(wěn)定性和使用可靠性。使用最廣的鎳基高溫合金的微觀組織特征為沉淀強(qiáng)化相γ'相數(shù)量多，最高可達(dá)65％以上；γ/γ'相晶格常數(shù)相差不大，保持共格關(guān)系；γ'相中的Al含量高，γ'相較穩(wěn)定；鎳元素的第三電子殼層接近被填滿，其在合金化時可以容納更多的合金元素而不改變其穩(wěn)定性，從而可添加大量合金元素進(jìn)行合金化，來改善鎳基高溫合金的性能。鎳基合金關(guān)鍵的強(qiáng)化作用來自于有序面心立方金屬間化合物γ'-Ni₃(Al、Ti)相和少量彌散分布的碳化物。

長期工作在高溫、環(huán)境惡劣、復(fù)雜應(yīng)力條件下的發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的熱端部件，特別是高壓渦輪工作葉片在服役過程中承受高溫、復(fù)雜應(yīng)力及燃?xì)飧g等苛刻條件。熱端部件的服役壽命往往受限于材料的機(jī)械性能，如蠕變、熱沖擊、疲勞、氧化和腐蝕等，服役期間這些部件所產(chǎn)生的性能衰退會嚴(yán)重影響整套裝備的使用壽命和安全性能。由于葉片受摩擦、沖擊、高溫燃?xì)夂屠錈崞诘茸饔茫a(chǎn)生裂紋、腐蝕和磨損等損傷，致使大量葉片報廢。而且葉片服役到一定壽命后將不可避免地出現(xiàn)材料的組織和性能衰退，當(dāng)其損傷累積到一定程度時，需要更換新品。眾所周知，渦輪葉片的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價格昂貴。材料的性能取決于其組織狀態(tài)，因此，恢復(fù)渦輪葉片退化的組織和性能，延長葉片的使用壽命，降低整機(jī)的維修成本是提高航空發(fā)動機(jī)工作可靠性和經(jīng)濟(jì)性行之有效的方法，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。采用先進(jìn)的修復(fù)技術(shù)對存在缺陷和損傷的葉片進(jìn)行修復(fù)，延長其使用壽命，減少更換葉片，也日益受到發(fā)動機(jī)用戶和修理單位的重視，并獲得了廣泛的應(yīng)用。迄今為止，現(xiàn)有報道的熱等靜壓技術(shù)只能部分恢復(fù)退化的鎳基高溫合金零件組織，而對于只是產(chǎn)生組織退化而沒有產(chǎn)生蠕變空洞的鎳基合金，如何恢復(fù)其零件組織和性能的研究還鮮見報道。

1991年出版的《JournalofMaterialsScience》第26卷第13期第3409-3421頁指出采用熱處理和熱等靜壓方法恢復(fù)鎳基合金的蠕變性能要在合適的階段進(jìn)行，即在接近蠕變曲線第三階段之前，這種方法不能無限制的延長蠕變壽命，因?yàn)楹辖鸩考诜壑挟a(chǎn)生的某些損傷是不能恢復(fù)的。

2003年出版的《MaterialsScienceandEngineeringA》第340卷第1-2期第225-231頁報道了鍛造718合金由于多次焊接修理和焊后熱處理引起合金的組織退化，通過熱處理將有害相溶解，恢復(fù)了合金的可焊性，同時還細(xì)化了晶粒及提高了特殊晶界所占的分?jǐn)?shù)。

2012年出版的《MaterialsScienceandTechnology》第28卷第8期第1018-1021頁研究了熱等靜壓參數(shù)對鎳基合金蠕變空洞愈合行為的影響，較佳的熱等靜壓工藝能夠很好的愈合蠕變空洞和鑄造疏松，但是不能將退化的組織完全恢復(fù)。

2013年出版的《JournalofMaterialsEngineeringandPerformance》第22卷第1期第215-222頁介紹了采用熱等靜壓+恢復(fù)熱處理方法恢復(fù)產(chǎn)生蠕變空洞的鎳基合金，發(fā)現(xiàn)熱等靜壓處理后的恢復(fù)熱處理能夠很好的恢復(fù)退化的γ'相，恢復(fù)后的鎳基合金硬度和持久壽命都高于沒有使用過的原始合金。

熱等靜壓處理不但成本高，設(shè)備也比較昂貴，一臺熱等靜壓設(shè)備的價格是一臺真空熱處理爐的幾倍甚至十幾倍。目前，國內(nèi)只有幾家單位有熱等靜壓設(shè)備，而且有些在參數(shù)控制方面存在很大的局限，達(dá)不到工程化應(yīng)用的要求。另外，熱等靜壓+恢復(fù)熱處理方法，用于恢復(fù)退化的組織，大材小用，這種技術(shù)用于合金蠕變損傷累積到一定程度，出現(xiàn)蠕變空洞的時候運(yùn)用效果較好。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是產(chǎn)生組織與性能退化而沒有形成蠕變空洞的鎳基高溫合金組織和性能的恢復(fù)。本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單，效率高，修復(fù)速度快，成本較低，能夠延長鎳基高溫合金熱端部件使用壽命的方法。