[發(fā)明專利]一種調(diào)控鎳基粉末高溫合金微觀組織的熱處理方法

有效

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• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113308655B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉彤;吳憂;張圓圓;李吉康
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: C22F1/10
• 分類號: C22F1/10;B22F1/00;C21D11/00
• 代理公司: 北京航智知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11668
• 代理人: 陳磊;張楨

本發(fā)明公開一種調(diào)控鎳基粉末高溫合金微觀組織的熱處理方法，包括步驟：在γ′相溶解溫度以上5～60℃下進行固溶處理，固溶時間為15min～6h；然后以0.1～30℃/min的冷卻速率冷卻至中間溫度，使預(yù)先析出的γ′相在晶界附近優(yōu)先形核，中間溫度是γ′相析出百分比為1％～70％所對應(yīng)的溫度；之后在此中間溫度進行保溫處理5～120min，使晶界附近優(yōu)先形核的γ′相長大，以促使鋸齒晶界形成；最后空冷至室溫，使細小的γ′相在晶內(nèi)析出。通過改變中間溫度和保溫時間對鋸齒晶界的振幅和晶內(nèi)γ′相尺寸進行有效調(diào)控，從而獲得既具有鋸齒狀晶界又含有細小γ′相的微觀組織。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鎳基粉末高溫合金熱處理領(lǐng)域，特別涉及一種調(diào)控鎳基粉末高溫合金微觀組織的熱處理方法。

背景技術(shù)

鎳基粉末高溫合金在室溫和高溫下具有優(yōu)良的綜合性能，如高強度、高延展性、優(yōu)異的斷裂韌性以及良好的抗疲勞和耐腐蝕性能。由于這些獨特的性能，它們在一些關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，是高推重比航空發(fā)動機渦輪盤的首選材料。為了提高渦輪盤服役壽命，需要進一步調(diào)控鎳基粉末高溫合金的微觀組織。通過形成鋸齒狀晶界能夠提高合金蠕變性能并降低裂紋擴展速率，使合金蠕變壽命大大提高。

目前，常規(guī)形成鋸齒晶界的熱處理方式為將鎳基粉末高溫合金過固溶處理后緩慢冷卻至室溫，通過緩慢冷卻過程中γ′相垂直于晶界的長大，以及γ′相對晶界遷移的釘扎作用來形成鋸齒狀晶界。然而，緩慢冷卻會引起γ′相的粗化，對合金的強度不利。因此，如何制定熱處理制度從而獲得既具有鋸齒狀晶界又含有細小γ′相的微觀組織具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明將固溶后的冷卻方式調(diào)整為緩慢冷卻和空冷兩個冷卻階段對合金微觀組織進行有效調(diào)控。根據(jù)DSC技術(shù)測定γ′相的析出規(guī)律，通過控制兩個冷卻階段之間的中間溫度來調(diào)控緩冷階段γ′相的預(yù)先析出量，并通過在此中間溫度保溫一段時間使晶界附近優(yōu)先形核的γ′相長大促使鋸齒晶界形成；另一方面，保溫過程中預(yù)先析出的γ′相長大使基體中γ′相形成元素含量降低，為第二步冷卻過程中晶內(nèi)析出細小γ′相的創(chuàng)造條件。通過第二步空冷階段使細小的γ′相在晶內(nèi)析出，最終獲得既具有鋸齒狀晶界又含有細小γ′相的微觀組織，從而有效提高鎳基粉末高溫合金的力學(xué)性能和蠕變壽命。本發(fā)明中，將這種緩冷至中間溫度并保溫一段時間后空冷至室溫的熱處理方式稱作高溫預(yù)析出處理。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種調(diào)控鎳基粉末高溫合金微觀組織的熱處理方法，包括如下步驟：

步驟1：測定所述鎳基粉末高溫合金的γ′相的溶解溫度，并確定過固溶溫度，所述過固溶溫度＝γ′相溶解溫度+5～60℃；

步驟2：測定γ′相在冷卻過程中的析出規(guī)律，獲取中間溫度，所述中間溫度為γ′相的預(yù)先析出百分數(shù)為1％～70％對應(yīng)的溫度；

步驟3：在所述過固溶溫度下對所述鎳基粉末高溫合金進行過固溶處理，使γ′相完全溶解；然后以0.1～30℃/min的冷卻速率冷卻至所述中間溫度，使1％～70％的γ′相在晶界附近優(yōu)先形核；之后在所述中間溫度下進行保溫處理，保溫時間為5～120min，使在晶界附近優(yōu)先形核的γ′相長大，促使鋸齒晶界形成，并使基體中γ′相形成元素含量降低，后續(xù)在晶內(nèi)析出的γ′相尺寸減小；

步驟4：空冷至室溫，使細小的晶內(nèi)γ′相在空冷階段析出，獲得既具有鋸齒狀晶界又含有細小γ′相的微觀組織。

進一步，步驟2中，利用DSC技術(shù)測定所述鎳基粉末高溫合金γ′相在冷卻過程中的析出規(guī)律，進而獲取中間溫度。

進一步，DSC技術(shù)中設(shè)定的降溫速率與步驟3中的冷卻速率相同。

進一步，步驟3中，通過改變中間溫度和保溫時間可以對鋸齒晶界振幅和晶內(nèi)γ′相尺寸進行調(diào)控。

本發(fā)明的有益效果：

1)通過高溫預(yù)析出處理能獲得既具有鋸齒狀晶界又含有細小的晶內(nèi)γ′相的優(yōu)異微觀組織；