[發明專利]一種渦輪盤用鎳基高溫合金中斷熱處理工藝

有效

• 申請號: 202110795832.7
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113604761B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 鄭磊;劉紅亮;趙鑫;董建;孟曄
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22F1/10
• 分類號: C22F1/10;C22C19/05
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明公開了一種渦輪盤用鎳基高溫合金中斷熱處理工藝，包括以下步驟：將待處理的鎳基高溫合金放入熱處理爐中，加熱升溫到1010?1070℃的范圍進行固溶處理30?60min，取出合金空冷至室溫；之后將合金放入熱處理爐中，進行時效處理，其中時效處理的溫度為740?750℃，總時效時間為12?18h。本發明的優點是時效處理可分兩段進行，為由于突發情況而中斷了的時效處理提供了一種補救措施。該固溶與時效處理工藝之間匹配良好，得到的γ′強化相分布均勻；本發明熱處理工藝在提高合金硬度值方面具有意想不到的效果，處理后合金硬度值達到380HB，在傳統熱處理工藝處理后的合金硬度基礎上可提升5％。

技術領域

本發明涉及合金熱處理方法領域，尤其是一種渦輪盤用鎳基高溫合金中斷熱處理工藝。

背景技術

高溫合金是根據航空發動機的需要而發展起來的一種高度合金化的金屬材料。由于高溫合金性能較好，可在600-1200℃范圍內的高溫氧化和燃氣腐蝕環境下承受復雜應力，并長期穩定的服役，因此又被稱為超合金。目前高溫合金以其優異的高溫性能被廣泛用于制造航空發動機的熱端部件，同時它也是航天火箭發動機、工業燃氣輪機、能源和化工領域所應用的重要合金材料。以先進航空發動機為例，高溫合金的用量已占到金屬材料總用量的40-60％。

渦輪盤是現代飛機發動機的核心部件，它在發動機燃燒室內受到高溫燃氣的推動，將燃氣的熱能轉化為機械能，驅動發動機的運轉。GH4738是一種Ni-Cr-Co基沉淀硬化型變形高溫合金，合金內部加入鉬元素進行固溶強化，加入鋁、鈦元素形成沉淀硬化相，加入硼、鋯元素凈化和強化晶界。GH4738合金具有良好的熱加工性能及抗蠕變性能，特別適合制造在高溫環境下長期工作的航空發動機渦輪盤等高溫承力部件。

由于渦輪盤在熱變形加工過程中會面對高溫環境，成形后的合金部件內部微觀組織形態，尤其是析出相的析出不充分導致強化效果并不理想，因此合金在服役之前往往需要重新進行固溶及時效處理。以GH4738合金渦輪盤為例，其交貨前的標準熱處理狀態為1020℃/4h/油冷+845℃/4h/空冷+760℃/16h/空冷。需注意的是合金時效處理時間較長，而現有的時效處理并未考慮到出現突然停電、設備故障等突發情況的應對措施。成形后渦輪盤的成本往往在100萬元以上，對于大尺寸的渦輪盤而言其成本會更高。因此，時效過程中由于突發情況而導致設備突然停止運行后，為了避免嚴重的經濟損失，對渦輪盤繼續進行熱處理是很有必要的。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種渦輪盤用鎳基高溫合金中斷熱處理工藝，為由于突發情況而中斷了的時效處理提供一種補救措施，避免了合金重新進行固溶及時效處理，節約了時間和成本。具體包括以下步驟：

步驟1：將待處理的鎳基高溫合金放入熱處理爐中，加熱升溫到1010-1070℃的范圍進行固溶處理30-60min，取出合金空冷至室溫；

步驟2：將合金放入熱處理爐中，進行時效處理，其中時效處理既可按一段進行，又可分兩段進行；每段時效時，合金均需加熱升溫到740-750℃的范圍進行保溫，之后合金隨爐冷卻至室溫。總時效時間為12-18h。

進一步地，步驟1或步驟2中的合金放入熱處理爐之后隨爐升溫，升溫速率為8-20℃/min。

進一步地，步驟2中所述時效處理分兩段進行時，具體時效時間分配為：當第一段時效時間3h時，第二段時效時間為9-18h；當第一段時效時間≥3h且6h時，第二段時效時間為6-15h；當第一段時效時間≥6h且9h時，第二段時效時間為3-12h；當第一段時效時間≥9h且12h時，第二段時效時間為9h。

進一步地，所述鎳基高溫合金為GH4738合金，以質量百分比計，其主要成分為：碳0.03-0.10％、鉻18-21％、鈷12-15％、鉬3.5-5％、鈦2.75-3.25％、鋁1.2-1.6％、硼0.003-0.01％、鋯0.02-0.12，余量為鎳。

本發明的優點和有益效果如下：