[發明專利]一種消除高溫合金元素貧化的熱等靜壓方法

有效

• 申請號: 202010056827.X
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111304569B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 許文勇;鄭少輝;李周;袁華;武丹
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

本發明是一種消除高溫合金元素貧化的熱等靜壓方法，該方法是在熱等靜壓有效加熱區內放置耐熱鋼桶，然后在桶內放入潔凈的高溫合金碎屑，將待致密化處理的高溫合金鑄件掩埋在高溫合金碎屑中，再通過多次重復抽真空和回填高純氬氣的方法，提高爐內的氬氣純度，使爐內氬氣純度大于99.995％后再進行熱等靜壓處理。該方法通過凈化爐內氬氣，實現高溫合金鑄件在純凈氣氛下進行熱等靜壓處理，可避免高溫合金鑄件表面氧化，消除高溫合金元素貧化。該方法實現簡單，成本低，所處理的高溫合金鑄件基本無合金貧化且力學性能良好，適用于航空航天領域高溫合金鑄件的熱等靜壓處理。

技術領域

本發明提供了一種消除高溫合金元素貧化的熱等靜壓方法，屬于高溫合金領域。

背景技術

高溫合金是以鐵、鎳、鈷為基體，能在600℃以上的高溫及一定應力作用下長期工作的一類金屬材料。高溫合金具有較高的高溫強度，良好的抗氧化和抗腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性、塑性等綜合性能，且在較高溫度下具有良好的組織穩定性和使用可靠性，因此被廣泛應用于航空、航天、石油、化工、艦船等領域，用于制造航空發動機、各種工業燃氣輪機的關鍵熱端部件。

高溫合金在高溫熱處理過程中，容易產生表面合金元素貧化的現象。合金元素貧化主要指的是基體固溶體的合金元素消失或部分消失，會對材料組織和性能產生不利影響。一方面元素貧化會導致高溫合金晶界附近發生強化相的貧化，顯著增加晶界腐蝕開裂和晶界應力腐蝕開裂的敏感性。另一方面晶界強化相貧化區的出現，容易導致蠕變抗力降低，或者松弛晶界滑移時所造成的應力集中，從而影響晶界的強化效果。

熱等靜壓是一種集高溫、高壓于一體的工藝生產技術，加熱溫度通常為900～2000℃，通過以密閉容器中的高壓惰性氣體為傳壓介質，工作壓力可達200MPa。在高溫高壓的共同作用下，被加工件的各向均衡受壓。故加工產品的致密度高、均勻性好、性能優異。同時該技術具有生產周期短、工序少、能耗低、材料損耗小等特點。

高溫合金鑄件主要應用于航空航天領域，目前航空航天用高溫合金鑄件普遍采用熱等靜壓處理，可大幅度提高整體結構性能，消除鑄件內部缺陷、改善構件組織，提高疲勞性能和可靠性。但是熱等靜壓過程中，鑄件表面容易發生合金元素貧化，導致鑄件報廢，嚴重影響和制約高溫合金鑄件的質量和交付。

發明內容

本發明的目的正是針對現有高溫合金鑄件熱等靜壓過程合金元素貧化而設計了一種消除高溫合金元素貧化的熱等靜壓方法，其目的是通過高溫合金碎屑掩埋待致密化處理的高溫合金鑄件結合重復多次置換爐內氬氣的方法，提高爐內氬氣純度，然后進行熱等靜壓處理，最終獲得無合金貧化且力學性能良好的高溫合金鑄件

本發明的目的是通過以下技術措施來實現的：

該種消除高溫合金元素貧化的熱等靜壓方法是在熱等靜壓有效加熱區內放置耐熱鋼桶，然后在桶內放入潔凈的高溫合金碎屑，將待致密化處理的高溫合金鑄件掩埋在高溫合金碎屑中，再通過多次重復抽真空和回填高純氬氣的方法，提高爐內的氬氣純度，使爐內氬氣純度大于99.995％后再進行熱等靜壓處理。

在一種實施中，所述高溫合金鑄件的材料為鎳基高溫合金。

在一種實施中，所述高溫合金碎屑與待致密化處理的高溫合金鑄件的材料相同。

在一種實施中，所述高溫合金碎屑的輪廓內最大尺寸小于10mm。

在一種實施中，高溫合金碎屑掩埋高溫合金鑄件的厚度大于10mm。

在一種實施中，所述熱等靜壓處理的加熱溫度為1100～1200℃、壓力為140～180MPa，保溫保壓時間為3～5h。

在一種實施中，通過多次重復抽真空和回填高純氬氣后，爐內氣體的氧含量小于0.0005％，水含量小于0.0005％。

在一種實施中，熱等靜壓處理后，自然冷卻，當爐內溫度小于200℃，出爐取出高溫合金鑄件。