[發明專利]一種單晶高溫合金中Ni3

有效

• 申請號: 202210133626.4
• 申請日: 2022-02-10
• 公開（公告）號: CN114411261B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 茹毅;杜博暄;裴延玲;李樹索;宮聲凱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C30B29/52
• 分類號: C30B29/52;C30B33/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王苗苗

本發明提供了一種單晶高溫合金中Ni₃Al相基體化的熱處理方法，涉及高溫合金熱處理技術領域。在本發明中，Ni₃Al相基體化具有等溫轉變特性，本發明采用Ni基固溶體(γ相)基體等溫轉變制備出Ni₃Al相基體的新思路。由于Ni₃Al相基體來自于Ni基固溶體，與傳統Ni基單晶高溫合金固溶態組織相同，使得本發明所涉單晶高溫合金強化元素種類、用量與合金化程度可以與經典Ni基單晶高溫合金相當，解決了Ni₃Al基單晶高溫合金難于充分合金化的問題。

技術領域

本發明涉及高溫合金熱處理技術領域，具體涉及一種單晶高溫合金中 Ni₃Al相基體化的熱處理方法。

背景技術

單晶高溫合金是目前先進航空發動機與燃氣輪機高壓渦輪葉片的唯一在役材料，其設計與制備水平是大國制造能力與軍事實力的重要標志之一。單晶高溫合金微觀組織由Ni基固溶體(γ相)和Ni₃Al金屬間化合物析出相 (γ'相)兩相組成，傳統Ni基單晶高溫合金中γ相相互連通形成基體，立方狀γ'相周期分布其中。

近些年來，一些新型的Ni₃Al基單晶高溫合金得到了快速發展，這些合金具有高熔點、低密度、高比強、優異的蠕變抗性等優勢，有望進一步提高單晶高溫合金的使用溫度極限。這些合金γ'相相互連通形成基體，而γ相形成孤立的骨架狀相，這種組織也稱為拓撲反轉狀態。

與Ni基單晶高溫合金以γ相作為主體開展鑄造和熱處理設計不同，Ni₃Al 基單晶高溫合金由于γ'相含量較高且連通形成基體，其鑄造更接近γ/γ'或γ'/β共晶點，或以γ'相為初生相，添加過多的合金化元素則導致制備過程中微觀組織失穩，失去單晶性，這造成了合金設計時合金化程度不宜過高，相較于傳統Ni基單晶高溫合金使用強化元素種類高達十余種(Ni、Co、W、Mo、 Re、Ru、Cr、Al、Ti、Nb、Ta及其他微量元素)和較大用量(總添加量接近或大于35％重量比)，目前已報道的Ni₃Al基單晶高溫合金主合金化元素小于十種，總添加量最多為25％重量比，合金化程度明顯不足，這是Ni₃Al 基單晶高溫合金在環境抗性、低溫-高溫性能平衡等方面有待提高的根本原因。因此，Ni₃Al基單晶高溫合金難于進行充分合金化設計，成為進一步提高單晶高溫合金綜合性能的核心問題，如何在制備過程中顯著提高γ相的貢獻、減少異常γ'相與β相，是解決問題的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于提供一種單晶高溫合金中Ni₃Al相基體化的熱處理方法，解決了Ni₃Al基單晶高溫合金微觀組織易于失穩、導致難于充分合金化的問題。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種單晶高溫合金中Ni₃Al相基體化的熱處理方法，包括如下步驟：

通過等溫轉變熱處理鹽浴實驗確定Ni基單晶高溫合金的等溫轉變曲線，選取最優等溫轉變溫度和時間；

將Ni基單晶高溫合金加熱至固溶溫度，進行均勻化處理，得到固溶合金；

將所述固溶合金降溫進行等溫轉變熱處理，所述等溫轉變熱處理為在所述最優等溫轉變溫度保溫最優等溫轉變時間，得到Ni₃Al基單晶高溫合金。

優選地，所述確定Ni基單晶高溫合金的等溫轉變曲線包括：將Ni基單晶高溫合金進行固溶處理后，置于不同溫度的鹽浴中保溫不同時間，將鹽浴后的Ni基單晶高溫合金淬火后，測定所得各合金的拓撲反轉程度；以微觀組織發生0～5％拓撲反轉的時間為等溫轉變開始時間，以微觀組織發生 95～100％拓撲反轉的時間為等溫轉變結束時間，繪制等溫轉變曲線。