[發明專利]一種鎳基單晶高溫合金的熱處理方法

在審

• 申請號: 201911324682.0
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN113005379A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 戚海英;陳東初
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: C22F1/10
• 分類號: C22F1/10;C22F1/02;C30B11/00;C30B29/52;C30B33/02
• 代理公司: 北京八月瓜知識產權代理有限公司 11543
• 代理人: 李斌

本發明提供了一種鎳基單晶高溫合金的熱處理工藝，通過真空惰性氣氛環境下固溶處理、高溫時效處理、低溫時效處理后，有助于阻止鎳基單晶高溫合金中Cr的擴散與蒸發，且鎳基單晶高溫合金表面無明顯氧化，貧Cr層深度控制在50μm以下，滿足葉片技術標準規定的要求；并能有效促進具有粗大結構的γ′相的溶解，顯著消除含Cr鎳基單晶高溫合金組織中元素偏析和共晶組織，提高合金的均勻性，消除晶界強化元素對鎳基單晶合金的影響；另外，本發明的熱處理方法后的鎳基單晶高溫合金具有優異的高溫強度和抗氧化性能，在不犧牲抗蠕變性的前提下提高其表面機械性能，延長其使用壽命。

技術領域

本發明涉及金屬處理工藝領域，具體而言，涉及一種鎳基單晶高溫合金的熱處理方法。

背景技術

鎳基單晶高溫合金在鑄造過程中屬于非平衡凝固，凝固時固相濃度和液相濃度之間存在差異，因此在凝固過程中先凝固的枝晶干(富集W、Re等γ相形成元素)和后凝固的枝晶間(富集Al、Ta等γ′相形成元素)存在成分偏析。在鎳基單晶高溫合金中,均含有一定量的鉻元素,該元素可以使合金具有良好的高溫抗氧化、耐腐蝕性能，提高其高溫下疲勞壽命。但是，單晶葉片鑄件在真空熱處理過程中往往會發生表面層的Cr貧化現象,也就是，葉片工件表面層的Cr含量降低，低于標準規定的合金中Cr含量的下限,這會明顯降低零件的表面機械性能，有損葉片的使用壽命。另外，在成分既定的情況下，鑄造高溫合金的力學性能和工藝因素密切相關，通過熱處理工藝，可以顯著改善合金性能，提高其工作可靠性。目前對于單晶高溫合金真空熱處理過程的表面貧化現象的研究較少。如專利號為CN105755544A的專利公開了一種鎳基單晶高溫合金的熱處理工藝，采用差熱分析法和金相測試法確定合金的初熔溫度，得到235MPa的條件下持久壽命達159.35h的鎳基合金。又如專利號為CN105200521A公開了一種無錸低密度高性能鎳基單晶高溫合金及其熱處理工藝，制備得到具有優異的低溫、中溫和高溫強度和抗氧化性能的合金。US4385939利用預回復熱處理方法來避免PWA1480鎳基單晶高溫合金在固溶處理過程中發生再結晶，認為PWA1480合金的回復熱處理溫度在982～1037℃之間。但不能解決真空添加下鎳基合金表面層的Cr貧化的問題。

在鎳基合金工藝領域中，特別是鎳基合金熱處理工藝中，其實際應用中的亟待處理的實際問題還有很多未提出具體的解決方案。

發明內容

本發明提出了一種鎳基單晶高溫合金的熱處理方法以解決所述問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鎳基單晶高溫合金的熱處理方法，所述熱處理方法包括如下步驟：

(1)采用真空感應爐熔煉鎳基單晶高溫合金，通過重力鑄造制備合金鑄棒；

(2)采用籽晶法通過Bridgeman定向凝固技術在溫度梯度為150-250K/cm，抽拉速率為50-100μm/s溫度內制備含Cr的鎳基單晶高溫合金；

(3)確定含Cr的鎳基單晶高溫合金的初熔溫度T；

(4)將含Cr的鎳基單晶高溫合金以所述升溫速率V升溫至1250-1350℃，并在1250-1350℃溫度內進行1-2h的固溶處理，隨后進行空冷；

(5)將固溶處理后的含Cr的鎳基單晶高溫合金在1100-1200℃溫度內進行3-5h的高溫時效處理，隨后進行空冷；

(6)將高溫時效處理后的含Cr的鎳基單晶高溫合金在850-950℃溫度內進行3-5h的低溫時效處理，隨后進行空冷；

其中，所述固溶處理在真空的條件下進行，并通入惰性氣體，含Cr的鎳基單晶高溫合金的貧Cr層深度能控制在50μm以下。

可選地，所述鎳基單晶高溫合金包含有如下元素：Cr、Fe、Co、Mo、Nb、Va、Ta、W以及Ni。