[發(fā)明專利]增材制造單晶鎳基高溫合金的多臺階回復熱處理方法

有效

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• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110846600B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設計）人: 陳凱;林思聰;朱文欣
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C22F1/10
• 分類號: C22F1/10;B33Y40/20
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

本發(fā)明公開了一種增材制造單晶鎳基高溫合金的多臺階回復熱處理方法，方法包括以下步驟：清理增材制造單晶鎳基高溫合金在增材制造工藝中引入的表面雜晶層，確定增材制造單晶鎳基高溫合金在室溫下γ′相體積分數(shù)，γ′相體積分數(shù)為室溫下γ′相體積分數(shù)的第一百分比所對應的溫度值作為臺階一溫度，并在所述臺階一溫度下保溫第一時長，將γ′相體積分數(shù)減少第二百分比所對應的溫度作為臺階二溫度，在所述臺階二溫度下保溫第二時長，持續(xù)循環(huán)直到升溫到γ′相體積分數(shù)到達第三百分比所對應的溫度區(qū)間，在其臺階溫度下保溫第M時長，M為自然數(shù)，臺階回復熱處理后的增材制造單晶鎳基高溫合金進行標準熱處理得到單晶鎳基高溫合金。

技術領域

本發(fā)明屬于金屬熱處理技術領域，特別是一種增材制造單晶鎳基高溫合金的多臺階回復熱處理方法。

背景技術

鎳基高溫合金的發(fā)展歷史是從最早的變形高溫合金到20世紀40年代的鑄造高溫合金，鑄造高溫合金由于允許在合金中添加各種合金化元素的成形工藝特點，大大提高了合金的綜合性能。在鑄造高溫合金發(fā)展的近80年中，先后發(fā)展出了等軸晶高溫合金、定向凝固柱晶高溫合金及單晶高溫合金。單晶高溫合金由于完全消除了晶界的影響，尤其是垂直于加載方向的橫向晶界，擁有極佳的綜合力學性能，相比于等軸晶高溫合金，其在高溫蠕變條件下不論是延伸率還是發(fā)生斷裂的時間，都提升了接近8倍。

單晶渦輪葉片成分復雜，制造工藝過程控制較難，產品合格率較低，存在的主要問題是再結晶、雀斑、表層凝固縮孔、有害相析出、內部流道和氣膜孔加工不合格等。另外，渦輪葉片在使用過程中不可避免承受高周疲勞、蠕變伸長、環(huán)境與熱應力復合等因素影響，存在磨損、葉尖縱向裂紋、高溫燒蝕、腐蝕等問題。對于對僅存在微小加工缺陷、葉尖部分磨損/裂紋的葉片如果全部采用新葉片替換，將造成極大的浪費，經濟上也將難以承受。若能在單晶葉片葉尖磨損部位、葉身燒蝕區(qū)域實現(xiàn)修復與再加工，恢復其組織與外形，使葉片具備再次使用的能力，將具有重大意義。國內外大量研究表明，采用激光、電子束等熱源進行單晶合金葉片葉尖熔覆修復是可行的技術手段，但仍有大量基礎科學問題亟需解決。如果可以利用增材制造工藝對單晶零件進行修復以達到使用要求，這對于提高資源利用率和節(jié)約成本都有重要意義。

雖然激光增材制造擁有功率密度大、高熔深比、高焊接速率、低熱輸入等諸多相較于傳統(tǒng)束流的優(yōu)勢。在增材制造的過程中，由于工藝的制定難免還是會向單晶葉片中輸入較大的熱能，在后續(xù)的冷卻過程中造成熱影響區(qū)內殘余應力集中，而殘余應力集中使得單晶葉片在后續(xù)的固溶熱處理中形成再結晶組織。再結晶組織對單晶葉片來說是災難性的，橫向晶界的引入使得葉片在高溫下力學性能數(shù)倍的降低。對于飛機發(fā)動機而言，輕則影響發(fā)動機的功率輸出和運行穩(wěn)定性；重則導致發(fā)動機停車，其后果是難以估量的。

要降低再結晶發(fā)生的可能性，必須要降低因增材制造工藝引入進單晶葉片中的殘余應力。對于激光增材制造的單晶鎳基高溫合金，由于冷卻速度快，其枝晶干和枝晶間不但寬度下降，偏析程度也會降低，這會使高溫合金的固溶線向低溫方向移動。

在背景技術部分中公開的上述信息僅僅用于增強對本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構成在本國中本領域普通技術人員公知的現(xiàn)有技術的信息。

發(fā)明內容

增材制造得到的單晶鎳基高溫合金樣品由于熱輸入的原因，導致其在后續(xù)必要的固溶熱處理中樣品的熱影響區(qū)極易出現(xiàn)再結晶組織。再結晶對于需要服役在高溫環(huán)境下的單晶葉片來說危害極大，是要在生產中極力避免的。基于這一背景，針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提出一種增材制造單晶鎳基高溫合金多臺階回復熱處理工藝方法，可以最大程度上使經過增材制造后殘留在單晶鎳基高溫合金中的殘余應力得到松弛，經過該工藝方法處理的增材制造單晶鎳基高溫合金樣品，其內部的殘余應力會降低到較低水平，確保在后續(xù)的標準熱處理過程中不再出現(xiàn)再結晶。通過此方法可以顯著改善合金的組織與性能、降低廢品率。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案予以實現(xiàn)，一種增材制造單晶鎳基高溫合金的多臺階回復熱處理方法包括以下步驟：