[發明專利]一種提高GH4145合金板材表面性能的處理工藝

在審

• 申請號: 202111216337.2
• 申請日: 2021-10-19
• 公開（公告）號: CN113930701A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 陳潔;李家鑫;李加坤
• 申請（專利權）人: 陜西寶銳金屬有限公司
• 主分類號: C22F3/00
• 分類號: C22F3/00;C22F1/10;C22F1/02;C22C1/02;C22B9/18;C22C19/05
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 宋秀珍

提供一種提高GH4145合金板材表面性能的處理工藝，本發明針對石化、核電等領域用的高品質變形高溫合金GH4145帶材存在的表面硬度低、批次性能波動大、殘余應力高、疲勞壽命短等問題，結合板材制備、激光沖擊強化等技術，設計出包括GH4145合金純凈熔煉、機加工、熱軋、冷軋、激光沖擊強化等工序，有助于提高GH4145合金板材的冶金質量水平與性能穩定性，制備的GH4145合金板材表面光潔度高、抗疲勞性能好，制造成本較低，滿足制備的零部件高可靠、長壽命的需求。

技術領域

本發明屬于變形高溫合金板材制備技術領域，具體涉及一種提高GH4145 合金板材表面性能的處理工藝。

背景技術

GH4145是一種鎳-鉻-鐵基變形高溫合金，對應的美國合金牌號為Inconel X750或NO7750，該合金在980℃以下具有較好的抗氧化性及耐腐蝕性，同時具有優良的加工成形性能和焊接性能，制備成的產品包括板材、帶材、絲材、管材、棒材和鍛件等。GH4145合金應用非常廣泛，不但可用于制造航空發動機中強度要求較高的耐腐蝕零部件，而且可用于制備地面燃氣輪機的渦輪葉片以及石化、核電等領域的鈑金件和鍛件等。在石油化工等領域中，大量采用GH4145板材制備鈑金件、大型高壓容器等結構件，使用過程中對GH4145合金板材表面的耐腐蝕性能、抗疲勞性能、硬度等指標要求較高。目前，現有工藝制備的GH4145合金板材存在質量不穩定、力學性能批次間波動大、表面強度低等問題。此外，隨著石化裝備性能的提升，必須進一步延長GH4145合金板材的使用壽命，要求提高板材疲勞性能和表面硬度等。通常采用的方法是在GH4145合金成分的基礎上，增加金屬鈮(Nb)元素，降低碳(C)元素的含量，以提高材料的疲勞性能的強度，同時通過嚴格控制冶煉過程和采用優質原材料，減少GH4145合金板材中有害氣體和雜質的含量，但是這種方法成本較高。這就需要采用更加先進的制備工藝方法，在提高材料疲勞性能，保證產品質量的同時降低成本。

激光沖擊強化技術原理是一種利用強激光束產生的等離子能量波沖擊金屬材料表面區域，提高材料的抗疲勞、耐磨損和抗腐蝕能力的先進技術，該技術具有非接觸、無熱影響區、工藝波動性小以及強化效果顯著等優點。總體而言，激光沖擊強化采用高功率密度、短脈沖(10～30ns量級)的激光，通過透明約束層作用于金屬表面所涂覆的能量吸收涂層時，涂層吸收激光能量迅速氣化并同時形成大量稠密的高溫、高壓的等離子體。該等離子體繼續吸收激光能量急劇升溫膨脹，然后爆炸形成高強度沖擊波作用于金屬表面。當沖擊波的峰值壓力超過材料的動態屈服強度時，金屬材料發生塑性變形并在表層產生垂直于材料表面的壓應力。激光沖擊作用結束后，由于沖擊區域周圍金屬材料的反作用，其力學效應表現為金屬表面獲得較高的殘余壓應力。殘余壓應力會降低材料服役過程中交變載荷產生的拉應力水平，使平均應力水平下降，從而提高疲勞裂紋萌生壽命，延長產品服役時間。

在激光沖擊強化過程中，金屬制件表面涂層的作用主要是保護工件不被激光過燒并增強對激光能量的吸收。目前，激光沖擊強化金屬材料表面常用的涂層材料有黑漆、鋁箔，而涂層材料表面的約束層除了能約束等離子體的膨脹從而提高沖擊波的峰值壓力外，還能通過對沖擊波的反射延長其作用時間。近年美國已將激光沖擊強化用于航空部件的制造和修理。例如，美國 MIC公司將激光沖擊強化技術用于噴氣發動機葉片以改善其疲勞壽命，不但提高了航空發動機的安全可靠性，而且每月可節約飛機保養費數百萬美元。我國已經開始激光沖擊強化技術的研究，主要進行理論探討和針對鐵基的鋼鐵材料、鋁合金材料等的試驗研究，對高溫合金材料激光沖擊強化研究的較少。

變形高溫合金GH4145板材主要通過熱軋、冷軋、退火或固溶熱處理、酸洗、拋光，并平整、切邊后直接供應交付用戶使用，基本沒有對板材表面做進一步的強化處理。本發明針對航空航天、石化等領域對高品質GH4145板材的需求，設計了一種進一步提高GH4145板材表面性能質量的方法，具有工藝簡單、質量穩定等優點。

發明內容