[發明專利]鎳基高溫合金可鍛性改進

無效

• 申請號: 85102029.1
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN1012182B
• 公開（公告）日: 1991-03-27
• 發明（設計）人: 吉尼路克斯;波朗斯
• 申請（專利權）人: 聯合工藝公司
• 主分類號: C22F1/10
• 分類號: C22F1/10;C22C19/05
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 劉元金,羅宏

本發明涉及被強化γ′相的鎳基高溫合金材料的鍛造，尤其是鑄態下的鍛造，并特別涉及到改進這些材料可鍛性的熱處理。

鎳基高溫合金廣泛地用在燃氣渦輪機上。一個用途是做渦輪盤。隨著發動機性能的全面的發展對渦輪盤材料的性能要求提高。早期的發動機用鋼和鋼的派生合金做渦輪盤材料。這些材料不久被第一代鎳基高溫合金所取代，例如Waspaloy合金，它能夠鍛造，雖然常常有些困難。

鎳基高溫合金強度主要取決于γ′相。鎳基高溫合金發展的趨勢是提高γ′相體積百分數來提高強度。用在早期發動機渦輪盤的Waspaloy合金含大約25%（體積）的γ′相，而近來發展的渦輪盤合金含大約40-70%這種相。γ′相體積百分數的增加降低了合金的可鍛性。Waspaloy材料能夠由鑄錠毛坯鍛造，而新近發展的更強的渦輪盤材料卻不能安全的鍛造，而需要使用更貴的粉末冶金技術來生產能經濟地機加工成最終尺寸的成形盤坯。美國專利第3，519，503號和第4，081，295號敘述的一種粉末冶金方法基本上成功地用來生產發動機盤。這種方法證明使用粉末冶金原材料是很成功的，但是用鑄造原材料是很少成功的。

美國專利第3，802，938號、3，975，219號和4，110，131號也涉及到盤材料的鍛造。

總之，趨向高強度的盤材料導致加工困難，因而只有依靠昂貴的粉末冶金技術來解決。

本發明的目的是敘述一種使高強度鑄造高溫合金材料能夠容易地鍛造的方法。

本發明的另一個目的是敘述一種大大提高鎳基高溫合金材料可鍛性的熱處理方法。

本發明還有一個目的是提供一種鍛造γ′相超過40%（體積）的鑄造高溫合金材料的方法，這種材料用其它方法是不可鍛的。

進一步目的是公開一種熱處理和鍛造方法的組合，它將產生一種具有均勻的細小晶粒尺寸的完全再結晶的顯微組織，并將大大減小鍛造應力。

本發明還有一個目的是提供一種高可鍛性的鎳基高溫合金制品，它具有超過時效的γ′相組織，γ′相的平均尺寸超過3微米。

鎳基高溫合金的強度主要來自分布在γ′相基體上的γ′相顆粒。這個相是以Ni₃Al化合物為基的，個別合金元素，例如Ti和Nb可以部分地取代Al。難熔元素，例如Mc、W、Ta和Nb可強化γ′基體相，而在添加Cr和Co時，通常還會帶進微量的C、B及Zr等元素。

表1列出了在高溫工作條件下使用的各種高溫合金的公稱成份。Waspaloy合金通常可以由鑄坯來鍛造。余下的合金通常由粉末成型，不是靠等靜壓熱壓機（NHIP）直接熔凝，就是靠鍛造熔凝的粉末毛坯;因為γ′相含量高，鍛造這些成份合金的鑄坯通常是不現實的，盡管Astroloy合金有時靠鍛造而不靠粉末技術。

包括在表1的合金以及看來可利用本發明加工的其它合金的成份范圍是（重量百分數）5～25%Co、8～20%Cr、1～6%Al、1～5%Ti、0～6%Mo、0～7%W、0～5%Ta、0～5%Nb????0～5%Re、0～2%Hf、0～2%V，其余基本上為Ni，同時還有 少量的微量元素C、B和Zr。Al和Ti含量的總和通常為4～10%，Mo+W+Ta+Nb的總和通常為2.5～12%。本發明廣泛地用于γ′相含量達到75%（體積）的鎳基高溫合金，特別是用于含大于40%（體積），更適合大于50%（體積）的γ′相的并且靠普通的（非粉末冶金的）技術是不可鍛的合金。

在鑄造鎳基高溫合金中，γ′相以兩種形式存在：共晶和非共晶。共晶γ′相形成于凝固過程，而非共晶γ′相在凝固后冷卻時由固態沉淀形成。共晶γ′相主要存在于晶界，顆粒尺寸一般相當大，達到約100微米。合金中起主要強化作用的非共晶γ′相存在于晶粒內，典型尺寸為0.3～0.5微米。

把材料加熱到高溫，γ′相能夠進入熔體。一個相進入熔體的溫度是它的溶解曲線溫度。γ′相的溶解（或沉淀）發生于一個溫度范圍內。在這個公開里，術語：“溶解開始線”用來描述觀察到溶解開始的溫度（由光學金相測定確定的溫度，從這溫度慢慢冷卻到室溫時有5%（體積）的γ′相進入熔體），術語：“溶解結束線”是指溶解基本完成的溫度（仍由光學金相確定）。參照“γ′相溶解線溫度”即使沒有形容詞：低的/高的，也能理解這是指高的溶解線溫度。