镍基合金和镍基合金的热处理方法

专利名称：镍基合金和镍基合金的热处理方法
发明
背景技术：
领域本发明的实施方案主要涉及镍基合金和镍基合金的热处理方法。更确切地说，本发明的某些实施方案涉及具有理想显微结构、并具有热稳定的机械性能(如抗拉强度、屈服强度、延伸率、应力断裂寿命和低缺口敏感性中的一种或多种)的镍基合金。本发明的其它实施方案涉及能形成理想显微结构的镍基合金热处理方法，所述显微结构能使合金在高温下具有热稳定的机械性能，特别是抗拉强度、应力断裂寿命和低缺口敏感性。
背景技术：
718合金是最为广泛应用的镍基合金之一，主要记载于美国专利3046108，此处特别引入其说明书作为参考。
718合金的广泛应用归因于该合金的一些独特性质。例如，718合金在高达约1200的温度下具有较高的强度和应力断裂性能。此外，718合金具有良好的加工性能如可铸性和热加工性，以及良好的焊接性能。这些特性使得由718合金制成的部件易于制造并在需要时易于修理。如下所述，718合金独特的性质源于主要由γ″相沉淀物所强化的沉淀硬化显微结构。
在沉淀硬化的镍基合金中有两种主要强化相γ′相(或“γ撇”)沉淀物和γ″相(或“γ两撇”)沉淀物。γ′相和γ″相都是化学计量的富镍金属间化合物。但是，γ′相一般包含铝和钛作为主要合金元素，即Ni3(Al，Ti)；而γ″相则含有原生(primarily)-铌，即Ni3Nb。γ′相和γ″相两相在面心立方奥氏体基体中形成共格沉淀(coherent precipitates)，这是因为涉及γ″相沉淀物(具有体心立方晶体结构)的错配应变能(misfit strain energy)大于γ′相沉淀物(具有面心立方晶体结构)，γ″相沉淀物倾向于是比γ′相沉淀物更有效的强化剂。即，对于相同的沉淀物体积分数和粒径而言，由γ″相沉淀物强化的镍基合金通常比最初由γ′相沉淀物强化的镍基合金更强。
但是，这种γ″相沉淀物强化的显微结构的一个缺点是温度高于1200时γ″相不稳定，并转变成更稳定的δ相(或“delta相”)。而δ相沉淀物的成分与γ″相沉淀物(即Ni3Nb)相同，δ相沉淀物具有斜方晶结构、并与奥氏体基体不共格。因而通常认为δ相沉淀物对基体的强化效果是微不足道的。因此，γ″相转变为δ相的结果是718合金的机械性能如应力断裂寿命在高于1200时迅速变差。因而718合金的应用一般限制在低于这一温度的用途。
为了形成理想的沉淀硬化显微结构，镍基合金必须经过热处理或沉淀硬化处理。镍基合金的沉淀硬化处理通常包括通过将合金在足以使合金中基本上所有的γ′相和γ″相溶解的温度下加热(即，接近、等于或高于沉淀物的固溶温度)而对合金进行固溶处理，从该固溶处理温度冷却该合金，接着以一个或多个时效步骤对合金进行时效处理。为了以受控方式形成理想沉淀物，时效处理在低于γ-沉淀物固溶温度的温度下进行。
在镍基合金中形成理想显微结构取决于所采用的合金成分和沉淀硬化工艺(即所述固溶处理和时效工艺)。例如，对高温下使用的718合金的一种典型沉淀硬化工序包括，在1750对合金进行固溶处理1-2小时，空冷该合金，随后以两段时效工艺对其进行时效处理。第一时效步骤包括在1325的第一时效温度下对该合金加热8小时，以每小时约50-100的速度冷却至第二时效温度1150，并在该第二时效温度下对合金进行时效8小时。此后，将合金空冷至室温。经过上述热处理后获得的沉淀硬化显微结构由离散的γ′和γ″相沉淀物组成，但主要由，具有小量起二次强化作用的γ′相的γ″相沉淀物强化。
由于存在上述限制，为改善718合金已经作出了许多尝试。例如，为了改善该合金高温下的机械性能稳定性，已开发出改良的718合金成分，其具有可控的铝、钛和铌合金化添加剂。具体说来，这些合金是为了促进在沉淀硬化处理过程中形成致密形态的显微结构而开发的。致密形态的显微结构由大量立方γ′相沉淀物以及形成于该立方γ′相沉淀物表面的γ″相沉淀物组成。换言之，该γ″相形成了包围γ′相沉淀物的外壳。
除了调整化学成分，还必须进行特定的热处理或沉淀硬化处理，以获得所述致密形态显微结构而非前述离散的γ′相和γ″相沉淀物硬化的显微结构。能形成致密形态显微结构的特定热处理的一个实例包括在约1800对合金进行固溶处理，空冷，随后在约1562的第一时效温度进行约半小时的时效处理，以析出粗大的γ′相沉淀物。在第一时效温度进行时效后，将合金迅速空冷至第二时效温度，在约1200的第二时效温度保持约16小时，以形成γ″相外壳。随后，将合金空冷至室温。如前所述，进行这一沉淀硬化处理后，合金将具有上述致密形态的显微结构，并具有改善的高温稳定性。但是，具有致密形态显微结构的合金的抗拉强度通常明显低于标准718合金。
目前存在多种γ′相强化镍基合金，如Waspaloy镍合金，它由北卡罗来纳(North Qarolina)的Allvac of Monroe销售。但由于Waspaloy镍合金所含的合金添加剂含量高于718合金，如镍、钴和钼，因此该合金比718合金更贵。而且，由于γ′相沉淀物的沉淀动力学比γ″相沉淀物快，因此该合金的热加工性能和焊接性能通常低于718合金。
因此，希望开发出一种经济上能承受的沉淀硬化718型镍基合金，其显微结构主要由更高热稳定的γ′相沉淀物强化，在高于1200的温度下具有热稳定的机械性能，并且其热加工性能和焊接性能与γ″相强化的合金相当。此外，还希望开发出一种镍基合金的热处理方法，以形成一种主要由热稳定的γ′相沉淀物强化的显微结构，并能提供一种镍基合金，其具有热稳定的机械性能、以及可与γ″相强化合金相比的热加工性能和焊接性能。
发明概述本发明的某些实施方案涉及镍基合金的热处理方法。例如，根据一个非限制性实施方案，该实施方案提供一种镍基合金的热处理方法，包括对镍基合金进行预固溶处理，其中在镍基合金中形成适量的、选自δ相沉淀物和η相沉淀物中的至少一种，具有短的、通常为杆状的形态的晶界沉淀；对所述镍基合金进行固溶处理，其中镍基合金中基本上全部γ′相沉淀物和γ″相沉淀物都进行溶解，而所述至少一种晶界沉淀的至少部分量保留下来；固溶处理后以足以抑制在镍基合金中形成γ′相和γ″相沉淀物的第一冷却速率冷却该镍基合金；在第一时效处理中对镍基合金进行时效，其中在镍基合金中形成γ′相和γ″相的一次沉淀；在第二时效处理中对镍基合金进行时效，其中在镍基合金中形成γ′相和γ″相的二次沉淀，所述二次沉淀比一次沉淀细小；热处理后，γ′相沉淀物是镍基合金中的主要强化沉淀。
根据另一个非限制性实施方案，该实施方案提供一种718型镍基合金的热处理方法，该镍基合金包括最高14wt％的铁，该方法包括在1500-1650对镍基合金进行2-16小时的预固溶处理，在1725-1850的固溶温度下对镍基合金进行不超过4小时的固溶处理；对镍基合金进行固溶处理后，以至少每小时800的第一冷却速率将其冷却；在第一时效处理中，在1325-1450对该镍基合金进行不超过8小时的时效处理；并在第二时效处理中，在1150-1300的第二时效温度对该镍基合金进行至少8小时的时效处理。
另一个非限制性实施方案也提供一种镍基合金的热处理方法，以重量百分比计该镍基合金包含最高0.1的碳，12-20的铬，最高4的钼，最高6的钨，5-12的钴，最高14的铁，4-8的铌，0.6-2.6的铝，0.4-1.4的钛，0.003-0.03的磷，0.003-0.015的硼，以及镍；其中钼和钨的重量百分含量之和至少为2、并不大于8，铝和钛的原子百分含量之和为2-6，铝和钛的原子百分含量之比至少为1.5，铝和钛的原子百分含量之和除以铌的原子百分含量的值为0.8-1.3。该方法包括在1725-1850的固溶温度下对镍基合金进行不超过4小时的固溶处理；对镍基合金进行固溶处理后，以第一冷却速率将其冷却；在第一时效处理中，在1365-1450下对上述经固溶处理的镍基合金进行不超过8小时的时效处理；在第二时效处理中，在1150-1300的第二时效温度下对该镍基合金进行至少8小时的时效处理。
本发明的其它实施方案旨在获得具有理想显微结构的镍基合金。例如，在一个非限制性实施方案中提供了一种镍基合金，其包括一种包含γ′相沉淀物和γ″相沉淀物的基体，其中γ′相沉淀物是镍基合金中的主要强化沉淀，该合金还包括适量选自δ相沉淀物和η相沉淀物中的至少一种具有短的、通常为杆状形态的晶界沉淀；并且，其中该镍基合金在1300的屈服强度至少为120ksi，在1300的延伸百分率至少为12％，在1300和80ksi测定的缺口应力断裂寿命为至少300小时，并具有低缺口敏感性。
另一个非限制性实施方案提供一种718型镍基合金，它包括最高14wt％的Fe，并包括γ′相沉淀物和γ″相沉淀物，其中，γ′相沉淀物是该镍基合金中的主要强化沉淀，该合金还包括适量选自δ相沉淀物和η相沉淀物中的至少一种具有短的、通常为杆状形态的晶界沉淀；在1500-1650对该镍基合金进行2-16小时的预固溶处理，在1725-1850的固溶温度对该镍基合金进行不超过4小时的固溶处理；对镍基合金进行固溶处理后，以至少每小时800的第一冷却速率将其冷却；在第一时效处理中，在1325-1450对该镍基合金进行2-8小时的时效处理；在第二时效处理中，在1150-1300的第二时效温度对该镍基合金进行至少8小时的时效处理。
本发明的多个实施方案还提出了制品以及制造该制品的方法。例如，本发明的一个非限制性实施方案中提出了一种包括一种镍基合金的制品，该镍基合金包括一种包含γ′相沉淀物和γ″相沉淀物的基体，其中γ′相沉淀物是镍基合金中的主要强化沉淀，该合金还包括大量选自δ相沉淀物和η相沉淀物中的至少一种晶界沉淀，其中所述至少一种晶界沉淀具有短的、通常为杆状的形态；并且，该镍基合金在1300的屈服强度为至少120ksi，在1300的延伸百分率为至少12％，在1300和80ksi测定的缺口应力断裂寿命为至少300小时，并具有低缺口敏感性。
另一个非限制性实施方案提供了一种制造制品的方法，该制品包括含有最高14wt％Fe的718型镍基合金，该方法包括将该镍基合金制成理想形状，并热处理镍基合金，其中热处理镍基合金，包括在1500-1650对该镍基合金进行2-16小时的预固溶处理，在1725-1850的固溶温度对该镍基合金进行不超过4小时的固溶处理，对镍基合金进行固溶处理后，以至少每小时800的第一冷却速率将其冷却，在第一时效处理中，在1325-1450对该镍基合金进行2-8小时的时效处理，在第二时效处理中，在1150-1300的第二时效温度下对该镍基合金进行至少8小时的时效处理。


结合下述附图将更充分地理解本发明的实施方案，其中图1是按本发明实施方案的镍基合金的SEM显微照片；图2是按本发明实施方案的镍基合金的光学显微照片；图3是晶界相过度扩展的镍基合金的SEM显微照片；图4是晶界相过度扩展的镍基合金的光学显微照片。
发明详述本发明的某些非限制性实施方案可以有利地提供具有理想显微结构和高温热稳定机械性能的镍基合金。此处所使用的术语“热稳定的机械性能”表示合金在1400暴露100小时后，其机械性能(如抗拉强度、屈服强度、延伸率和应力断裂寿命)与暴露前相比具有相同机械性能而没有明显降低。此处所使用的术语“低缺口敏感性”表示依据ASTM E292进行测试时合金试样的缺口处没有破裂。此外，本发明的非限制性实施方案还有利地提供主要由γ′相强化、含有至少一种晶界相沉淀的镍基合金，其热加工性能和焊接性能可与γ″相强化的合金相当。
现在描述本发明各种非限制性实施方案的热处理镍基合金的方法。尽管在此处没有限制性，此处所述镍基合金的热处理方法可以和各种镍基合金成分相组合而使用，特别适合用于718型镍基合金及其衍生合金。此处所使用的术语“镍基合金”表示镍和一种或多种合金化元素的合金。此处所使用的术语“718型镍基合金”表示包含铬和铁、并被铌、铝、钛合金化添加剂中的一种或多种强化的镍基合金。
特别适合本发明各种非限制性实施方案的热处理方法的718型镍基合金的一个特定非限制性实例是一种含有最高14wt％Fe的718型镍基合金。尽管此处并不具有限制性，但认为含有最高14wt％Fe的718型镍基合金有助于制造具有良好应力断裂寿命的合金。不局限于任何特定理论，本发明人认为合金中铁含量较高时如18wt％，钴降低堆垛层错能的作用可以减弱。由于降低堆垛层错能与提高应力断裂寿命有关，因此在本发明的某些实施方案中，镍基合金的铁含量最好保持在14wt％或以下。
特别适合本发明各种非限制性实施方案的热处理方法的718型镍基合金的另一个特定非限制性实例是一种镍基合金，以重量百分比计包含最高0.1的碳，12-20的铬，最高4的钼，最高6的钨，5-12的钴，最高14的铁，4-8的铌，0.6-2.6的铝，0.4-1.4的钛，0.003-0.03的磷，0.003-0.015的硼，以及镍；其中钼和钨的重量百分含量之和至少为2、并不大于8，铝和钛的原子百分含量之和为2-6，铝和钛的原子百分含量之比至少为1.5，铝和钛的原子百分含量之和除以铌的原子百分含量的值为0.8-1.3。这样的合金详细记载于共同待审的美国申请10/144369，在此特别引入其说明书作为参考。
本发明第一个非限制性实施方案的镍基合金热处理方法，包括对镍基合金进行预固溶处理，对该镍基合金进行固溶处理，对该镍基合金进行时效以形成具有下述显微结构的镍基合金，其中γ′相沉淀物是主要的强化沉淀，并在该合金的一个或多个晶界处存在具有理想形态的δ相沉淀物和/或η相沉淀物。
更详细地说，根据第一个非限制性实施方案的镍基合金的热处理方法包括对镍基合金进行预固溶处理，其中在该镍基合金中形成适量的至少一种晶界沉淀。此处所使用的术语“预固溶处理”表示在对镍基合金进行固溶处理之前，以能够在该镍基合金内形成适量的至少一种晶界沉淀的温度对其进行加热。此处所使用的关于任意相的术语“形成”表示该相的成核和/或生长。例如，尽管在此处没有限制性，对镍基合金进行预固溶处理可以包括在炉中、在约1500-约1650对该镍基合金加热约2-约16小时。预固溶处理的一个特定的非限制性实施例中，预固溶处理可以特别用于处理可锻镍基合金，所述预固溶处理可以包括在约1550-1600的温度下对该合金加热约4-16小时。
如上所述，在预固溶处理过程中，镍基合金内形成适量的至少一种晶界沉淀。根据第一个非限制性实施方案，预固溶处理过程中形成的所述至少一种晶界沉淀选自δ相(“delta相”)沉淀物和η相(“eta相”)沉淀物。现有技术中已知Delta相沉淀物由有序的金属间相Ni3Nb组成，并具有斜方晶体结构。现有技术中已知Eta相沉淀物由有序金属间相Ni3Ti组成，并具有六方晶体结构。此外，根据该实施方案，在预固溶处理过程中可以形成δ相和η相晶界沉淀两者。
通常不希望因γ″相沉淀物过时效而在镍基合金中形成δ相和/或η相沉淀物(下文中称为“δ/η相”沉淀物)，这是因为这些沉淀不共格，并不利于强化奥氏体基体，本发明人发现具有理想形态，并位于镍基合金晶界处(将在下文中详细描述)的可控含量的δ/η相沉淀物能够强化晶界、并有助合金在高温下降低缺口敏感性、提高应力断裂寿命和延展性。此外，如下文中详细描述的，当可控含量的至少一种晶界沉淀与具有理想粒径分布的γ′相和γ″相沉淀物相结合，则在至少1300的温度下可以达到具有低缺口敏感性、良好的抗拉强度、应力断裂寿命和热稳定的机械性能的镍基合金。
现在参考附图，在图1中所示的是放大倍数为3000×时拍摄的本发明实施方案的镍基合金的SEM显微照片。图2所示的是放大倍数为500×时拍摄的同一镍基合金的光学显微照片。如本发明某些非限制性实施方案所述，图1和2所示镍基合金包括适量的至少一种具有理想形态和位置的晶界沉淀。如图1所示，该镍基合金包括δ/η相沉淀物110，其中大部分具有短的、通常为杆状形态、并位于合金的晶界内。此处所使用的关于沉淀物的术语“短的、通常为杆状”表示该沉淀物的长度与厚度的纵横比不大于约20，例如图1和2所示。中，短的、通常为杆状沉淀物的纵横比为1-20。根据本发明各种非限制性实施方案，在镍基合金中的孪晶间界有时可能存在δ/η相沉淀物(例如，如图1所示，在孪晶间界121可以观察到δ/η相沉淀物111)，但在本发明的某些非限制性实施方案加工的镍基合金中不应明显形成晶内针状δ/η相沉淀物。
尽管不局限于任何特定理论，但本发明人认为，图1和2所示的沉淀物的两种形态和该沉淀物在晶界的位置有望提供一种具有低缺口敏感性以及改善的抗拉延展性和应力断裂寿命的镍基合金，这是因为这些晶界沉淀物能够在高温下限制合金中的晶界滑移。换言之，本发明实施方案的晶界沉淀物由于其形态和位置，通过适当“锁定(locking)”和“阻塞(pinning)”晶界来限制晶界运动而有效地强化晶界。由于晶界滑移基本上有助于蠕变变形和形成晶间裂纹，而这可降低合金的应力断裂寿命和提高缺口敏感性，因此，根据本发明实施方案通过限制镍基合金中的晶界滑移，晶界沉淀能够提高合金的抗拉延展性和应力断裂寿命，并降低合金的缺口敏感性。相反，当不存在任何晶界相、或当发生过度沉淀时(如图3和4所示，将在下文描述)，晶界将不被强化，合金的应力断裂寿命也无改善。
在本发明的某些非限制性实施方案中，在热处理镍基合金后，该镍基合金的大部分晶界被至少一种短的、通常为杆状的晶界沉淀所阻基，例如图2所示的沉淀210。在本发明的其它实施方案中，至少三分之二(2/3)的晶界被至少一种短的、通常为杆状的晶界沉淀所阻基。因此，根据这些非限制性实施方案，尽管希望全部晶界都被至少一种晶界沉淀所阻塞，但并不需要全部晶界被阻塞。
相反，图3和4是具有过量形成δ/η相沉淀物的镍基合金的显微照片。如图3所示，沉淀310的大部分都具有尖锐的、针状形态，其纵横比远大于图1和2所示沉淀，并延伸了相当长的距离到晶粒内部，在某些情况下延伸穿过一个单独晶粒。尽管不局限于任何特定理论，但本发明人认为，如图3和4所示的晶粒中δ/η相沉淀物的形态和沉淀的位置是不理想的，这是因为该δ/η相沉淀物(分别如图3和4所示的310和410)并不如上述那样强化晶界。相反，沉淀物和晶粒基体之间的界面变成了最易于裂纹扩展的通道。此外，过量形成δ/η相沉淀物减少合金中强化沉淀(即γ′和γ″)的量，从而降低合金的强度(如前所述)。因此，尽管图3和4所示的沉淀有助于提高高温延展性，但这类沉淀会显著降低合金的抗拉强度和应力断裂寿命。
不局限于任何特定理论，本发明人还发现δ/η相晶界沉淀的形态与合金的沉淀温度和粒径有关。因此，例如但不仅限于，对于某些析出温度高于约1600的可锻合金、以及某些沉淀温度高于约1650的可锻合金，通常δ/η相沉淀物都会以高纵横比的针状形成在晶界和晶内。如上所述，这通常会降低合金的抗拉强度和应力断裂寿命。但是，当δ/η相沉淀分别在低于约1600和1650的温度在合金中析出时，会在晶界形成具有相对短的、通常为杆状形态的δ/η相沉淀物，而极少在晶内析出。如前所述，在镍基合金中形成这些晶界沉淀是理想的，因为这些晶界沉淀能够锁定或阻塞晶界，从而提高合金的抗拉强度、延展性和应力断裂寿命，同时降低缺口敏感性。
如本发明第一个非限制性实施方案所述，预固溶处理后，在进行固溶处理前可以将镍基合金冷却至1000或以下。例如虽不限于此，在固溶处理前可以将该合金冷却至室温。此处所使用的术语“固溶处理”表示在接近(即下文中不低于约100的温度)、等于或高于γ′和γ″相沉淀物的固溶温度、但低于晶界沉淀的固溶温度的固溶温度下加热该镍基合金。因此，如前所述，在镍基合金的固溶处理期间，该镍基合金中的基本上全部γ′和γ″相沉淀物都是溶解的。此处所使用的关于固溶处理过程中γ′和γ″相沉淀物是溶解的术语“基本上全部”表示至少大多数γ′和γ″相沉淀物是溶解的。因此，固溶处理过程中溶解基本上全部γ′和γ″相沉淀物包括但不仅限于溶解全部γ′和γ″相沉淀物。但是，由于固溶温度低于晶界沉淀(即预固溶处理期间形成的δ/η相沉淀物)的固溶温度，因此在固溶处理期间，至少部分所述至少一种晶界沉淀保留在镍基合金中。
尽管此处没有限制，但根据该非限制性实施方案，镍基合金的固溶处理可以包括在不高于1850的固溶温度下加热该镍基合金不超过4小时。更特别的是，对镍基合金进行的固溶处理可以包括在1725-1850的固溶温度下加热该镍基合金，更优选包括在1750-1800下加热该镍基合金1-4小时，更优选1-2小时。然而，本领域技术人员将理解，基本上溶解全部γ′和γ″相沉淀物所需的确切固溶处理时间将取决于多个因素，包括但不限于，固溶处理的镍基合金的尺寸。因此，处理的镍基合金(或包含镍基合金的工件)越大，通常需要越长的固溶时间以获得满意的效果。
尽管不局限于任何特定理论，本发明人发现如果固溶温度高于约1850，在固溶处理后镍基合金中将保留少于理想量的晶界沉淀。因此，该合金的缺口敏感性、高温应力断裂寿命和延展性会受到负面影响。但是根据本发明的这个非限制性实施例，对于这些性能并不关键的应用而言，可以采用高于1850的固溶温度。此外，发明人发现，如果固溶温度低于约1725，固溶处理期间将无法使基本上全部γ′相和γ″相沉淀物溶解。从而，未溶解的γ′相和γ″相沉淀物会不理想地生长、粗化，导致抗拉强度和应力断裂寿命降低。
固溶处理镍基合金后，以足以抑制冷却期间在镍基合金中形成γ′相和γ″相沉淀物的第一冷却速率冷却该镍基合金。尽管不具有限制性，本发明人发现如果固溶处理后镍基合金冷却过慢，除了γ′相和γ″相沉淀物的不冷理想地析出和粗化，还会形成过量的晶界沉淀。如前所述，形成过量的晶界沉淀会对合金的抗拉强度和应力断裂寿命造成不利影响。因此根据本发明第一个非限制性实施方案，第一冷却速率为至少每小时800，可以是至少每小时1000或以上。例如将合金从固溶温度空冷，可以获得超过800或1000的冷却速率。
根据本发明第一个非限制性实施方案所述对镍基合金进行固溶处理和冷却后，在第一时效处理中对该镍基合金进行时效。此处所使用的术语“时效”表示在低于γ′相和γ″相形成γ′相和γ″相沉淀物的固溶温度的温度下加热该镍基合金。在第一时效处理期间，镍基合金中形成γ′相和γ″相的一次沉淀。尽管不具有限制性，根据该非限制性实施方案，所述第一时效处理可以包括在1325-1450的温度加热该镍基合金2-8小时。更确切地说，第一时效处理可以包括在1365-1450的温度下加热该镍基合金2-8小时。尽管不具备限制性，在高于约1450或低于约1325的第一时效温度下进行时效将分别导致合金过时效或时效不足，同时伴有强度降低。
第一时效处理后，将镍基合金冷却至第二时效温度并在第二时效处理中进行时效。尽管并不需要，但根据本发明的这个实施方案所述第二冷却速率可以为每小时50或以上。例如，通过在炉子冷却至所需温度或炉子断电后使镍基合金在炉中冷却(即炉冷合金)，可以获得约每小时50-约每小时100的冷却速率。或者尽管没有限制，该镍基合金可以更快速地冷却，例如通过空冷至室温，随后加热至第二时效温度。但是，如果采用更快的冷却速率，可能需要更长的时效时间以形成理想的显微结构。
在第二时效温度下时效该镍基合金，从而在镍基合金中形成γ′相和γ″相的二次沉淀。在第二时效处理期间形成的γ′相和γ″相二次沉淀通常比在第一时效期间形成的一次沉淀更细小。也就是说，第二时效处理期间形成的沉淀的粒径通常小于第一时效期间形成的一次沉淀的粒径。尽管不局限于任何特定理论，认为与形成均匀的沉淀粒径相反，形成具有一定粒径分布的γ′相沉淀物和γ″相沉淀物会提高镍基合金的机械性能。
此外，根据该第一个非限制性实施方案，第二时效处理可以包括在1150-1300的第二时效温度下加热该镍基合金，更确切地说可以包括在1150-1200的第二时效温度下加热该镍基合金至少8小时。
如前所述，根据本发明第一个非限制性实施方案所述热处理该镍基合金后，γ′相沉淀物是镍基合金中的主要强化沉淀。此处所使用的关于γ′相沉淀物的术语“主要强化沉淀”表示该镍基合金包括至少约20体积百分比的γ′相和不超过约5体积百分比的γ″相。此外，热处理后，该非限制性实施方案所述镍基合金包含适量的选自δ相沉淀物和η相沉淀物的至少一种晶界沉淀，并具有短的、通常为杆状的形态。
在本发明的第二个非限制性实施方案中，加热镍基合金到约1500-1600的预固溶温度一段时间，以便析出控制量的、选自δ相沉淀物和η相沉淀物的至少一种晶界沉淀。如上文关于第一个非限制性实施方案的描述，理想地至少一种沉淀具有短的、通常为杆状的形态、并位于合金的晶界处。
其后，将温度升至1725-约1850的固溶温度而不冷却，并对镍基合金进行固溶处理(即，该合金直接加热至固溶温度)。该镍基合金在固溶温度如前述保持足以溶解基本上全部γ′相和γ″相沉淀物的一段时间。例如虽然没有限制，可以将该镍基合金在该固溶温度保持不超过4小时。根据第二个非限制性实施方案的一个特定的非限制性实施例，固溶温度为1750-约1800，将合金在该固溶温度保持不超过2小时。其后，如上文关于本发明第一个非限制性实施方案的内容所述，将镍基合金冷却至室温并时效。
本发明的第三个非限制性实施方案提供一种对包括最高14wt％铁的718型镍基合金进行热处理的方法，该方法包括在1500-1650对镍基合金进行2-16小时的预固溶处理。预固溶处理后，在1725-1850的固溶温度对该镍基合金进行不超过4小时的固溶处理，优选在1750-1800的固溶温度处理不超过2小时。随后，如上文关于本发明第一个非限制性实施方案的内容所述，可以将镍基合金冷却至室温并时效。根据本发明的这个非限制性实施方案对镍基合金进行热处理后，镍基合金理想地具有某种包括γ′相沉淀物和γ″相沉淀物显微结构，显微结构其中γ′相沉淀物是镍基合金中的主要强化沉淀，该显微结构还包括适量的选自δ相沉淀物和η相沉淀物的至少一种晶界沉淀，所述至少一种晶界沉淀具有短的、通常为杆状的形态。
本发明的第四个非限制性实施方案提供一种热处理镍基合金的方法，以重量百分比计该镍基合金包含最高0.1的碳，12-20的铬，最高4的钼，最高6的钨，5-12的钴，最高14的铁，4-8的铌，0.6-2.6的铝，0.4-1.4的钛，0.003-0.03的磷，0.003-0.015的硼，以及镍；其中钼和钨的重量百分含量之和至少为2、并不大于8，铝和钛的原子百分含量之和为2-6，铝和钛的原子百分含量之比至少为1.5，铝和钛的原子百分含量之和除以铌的原子百分含量的值为0.8-1.3。该方法包括在1725-1850的固溶温度加热镍基合金不超过4小时从而对其进行固溶处理，更特别的是包括通过在1750-1800的固溶温度下加热镍基合金不超过2小时从而对其进行固溶处理。该方法还包括在固溶处理后以第一冷却速率冷却该镍基合金，并如上文关于本发明第一个非限制性实施方案所述对镍基合金进行时效。根据本发明第四个非限制性实施方案热处理该镍基合金后，该镍基合金理想地具有主要由γ′相沉淀物强化的显微结构，并可包括适量的选自δ相沉淀物和η相沉淀物的至少一种晶界沉淀，所述至少一种晶界沉淀具有短的、通常为杆状的形态。
尽管并不需要，本发明第四个非限制性实施方案所述方法还可以包括在固溶处理之前在1500-1650对镍基合金进行2-16小时的预固溶处理。如前所述，通过对镍基合金进行预固溶处理，该合金中可以形成控制量的至少一种晶界沉淀。因此，热处理镍基合金后，该镍基合金理想地具有主要由γ′相沉淀物强化的显微结构，并包含适量的选自δ相沉淀物和η相沉淀物的至少一种晶界沉淀，其中所述至少一种晶界沉淀具有短的、通常为杆状的形态。
尽管不具有限制性，根据上述本发明多个非限制性实施方案热处理镍基合金后，该镍基合金在1300的屈服强度为至少120ksi，在1300的延伸百分率为至少12％，在1300和80ksi测定的缺口应力断裂寿命为至少300小时，并具有低缺口敏感性。尽管并不需要，热处理后该合金的粒径为ASTM 5-8。
下面将描述本发明某些非限制性实施方案的具有理想显微结构的镍基合金。在本发明的一个非限制性实施方案中，提供一种镍基合金，其包括一种包含γ′相沉淀物和γ″相沉淀物的基体，其中γ′相沉淀物是镍基合金中的主要强化沉淀，该合金还包括控制量的至少一种晶界沉淀，所述至少一种晶界沉淀选自δ相沉淀物和η相沉淀物；所述镍基合金在1300的屈服强度至少为120ksi，在1300的延伸百分率至少为12％，在1300和80ksi测定的缺口应力断裂寿命为至少300小时，并具有低缺口敏感性。
根据该非限制性实施方案，所述镍基合金可以是718型镍基合金。例如，该718型镍基合金可以包含最高14wt％的铁。此外，以重量百分比计，该718型镍基合金可以包括最高0.1的碳，12-20的铬，最高4的钼，最高6的钨，5-12的钴，最高14的铁，4-8的铌，0.6-2.6的铝，0.4-1.4的钛，0.003-0.03的磷，0.003-0.015的硼，以及镍；其中钼和钨的重量百分含量之和至少为2、并不大于8，铝和钛的原子百分含量之和为2-6，铝和钛的原子百分含量之比至少为1.5，铝和钛的原子百分含量之和除以铌的原子百分含量的值为0.8-1.3。
该非限制性实施方案所述镍基合金可以是铸造或可锻镍基合金。例如虽没有限制，该镍基合金可以通过在真空感应熔炼(“VIM”)工艺中熔炼具有预期成分的原材料、随后将熔融材料铸造成锭而制成。随后，还可以通过重熔铸锭来精炼该铸造材料。例如，可以通过真空电弧重熔(“VAR”)、电渣重熔(“ESR”)或ESR与VAR结合使用来重熔该铸造材料，上述工艺都是本领域已知的。或者，也可以使用其它本领域已知的熔炼和重熔方法。
熔炼后，可以对该镍基合金进行热处理以形成理想的显微结构。例如虽没有限制，可以根据前述本发明各个非限制性实施方案所述方法对镍基合金进行热处理，以形成理想的是显微结构。或者，在热处理前可以首先对合金进行锻造、热加工或冷加工。
本发明所述镍基合金的一个特定的非限制性实施方案提供一种718型镍基合金，其包括最高14wt％的铁，并包含γ′相沉淀物和γ″相沉淀物，其中γ′相沉淀物是镍基合金中的主要强化沉淀，该合金还包含适量选自δ相沉淀物和η相沉淀物中的至少一种晶界沉淀，所述至少一种晶界沉淀具有短的、通常为杆状的形态。根据这个非限制性实施方案，该镍基合金可以通过例如下述方式形成在1500-1650对该镍基合金加热4-16小时从而对其进行预固溶处理，在1725-1850的固溶温度对镍基合金加热不超过4小时从而对其进行固溶处理；对镍基合金进行固溶处理后，以至少每小时800的第一冷却速率将其冷却，在第一时效处理中，在1325-1450对该镍基合金加热2-8小时从而对其进行时效处理，并在第二时效处理中，在1150-1300的第二时效温度对该镍基合金加热至少8小时从而对其进行时效处理。
本发明的实施方案还涉及使用该镍基合金制造的制品、以及本发明所述镍基合金的热处理方法。可以用本发明各个实施方案所述的镍基合金及其热处理方法制成的制品的非限制性实施例包括但不仅限于涡轮或压缩机叶轮、叶片、机壳、转轴和紧固件。
例如虽没有限制，本发明的一个实施方案提供一种包括一种镍基合金的制品，该镍基合金包括一种包含γ′相沉淀物和γ″相沉淀物的基体，其中γ′相沉淀物是该镍基合金中的主要强化沉淀，该合金还包含适量的选自δ相沉淀物和η相沉淀物的至少一种晶界沉淀；并其中所述镍基合金在1300的屈服强度至少为120ksi，在1300的延伸百分率至少为12％，在1300和80ksi测定的缺口应力断裂寿命为至少300小时，并具有低缺口敏感性。尽管并不需要，该合金的粒径为ASTM 5-8。
尽管没有限制性，本发明的这个非限制性实施方案所述制品可以通过例如下述方式形成将具有预期成分的铸造或可锻镍基合金制成理想形状，随后对该镍基合金进行热处理以形成上述理想显微结构。更特别但不仅限于，根据本发明的某些实施方案，该制品可以由铸造或可锻718型镍基合金制成，更特别的是包括最高14wt％铁的718型镍基合金。在本发明的一个特定的非限制性实施方案中，所述制品由一种镍基合金制成，以重量百分比计该镍基合金包含最高0.1的碳，12-20的铬，最高4的钼，最高6的钨，5-12的钴，最高14的铁，4-8的铌，0.6-2.6的铝，0.4-1.4的钛，0.003-0.03的磷，0.003-0.015的硼，以及镍；其中钼和钨的重量百分含量之和至少为2、并不大于8，并其中铝和钛的原子百分含量之和为2-6，铝和钛的原子百分含量之比至少为1.5，铝和钛的原子百分含量之和除以铌的原子百分含量的值为0.8-1.3。
现在，在下述非限制性实施例中对本发明的各个非限制性实施方案进行说明。
实施例实施例1采用VIM工艺熔炼制备718型镍基合金，随后铸造成锭。其后，利用VAR重熔该铸造材料。随后将铸造材料锻造成直径8″的圆坯，并切割成试样。根据ASTM E 112测定，该合金的粒径为ASTM 6-ASTM 8，平均粒径为ASTM 7。该合金的成分如下。

将上述试样分成试样组，对试样组进行下述表1中的预固溶处理。
表1

预固溶处理后，在1750对每个试样组进行1小时固溶处理，空冷，在1450时效2小时，炉冷，在1200时效8小时，空冷至室温。热处理后进行下述测试。根据ASTM E21在1300对每个试样组的至少2个试样进行拉伸试验，测定每个试样的抗拉强度、屈服强度、延伸百分率和面积缩减百分率。根据ASTM 292在1300和80ksi对每个试样组的至少2个试样进行应力断裂寿命测试，测定每个试样的应力断裂寿命和断裂时的延伸百分率。根据ASTM E262在室温对每个试样组的至少2个试样进行夏氏冲击试验(Charpy testing)，测定每个试样的冲击强度和横向膨胀(“LE”)。
上述试验的结果列于表2中，其中列于表中的数据是每个试样组中测试试样的平均值。
表2

*NT＝未测定从表2可见，与未进行预固溶处理的试样(即试样组1)和在1600和1650进行8小时预固溶处理的试样(即试样组3和4)相比，在1550进行8小时预固溶处理的试样(即试样组2)具有更好的抗拉强度、屈服强度、延伸率和面积缩减率，明显更好的应力断裂寿命和冲击强度。此外，试样组4的试样的性能略低于未经预固溶处理的试样，但仍是可接受的。
如上所述，在1550-1600预固溶处理可锻镍基合金能有利地析出所述至少一种晶界相。此外，如上所述，认为该晶界相以理想的含量和形态存在时能强化镍基合金的晶界，从而改善合金的高温性能。
实施例2如上述实施例1所述制造试样。将试样分成试样组，对试样组进行下述表3中的固溶和时效处理。
表3

在固溶处理和第一时效处理之间，将试样空冷，在第一和第二时效处理之间采用每小时约100的冷却速率(即炉冷)。在第二时效处理之后，将试样空冷至室温。
热处理后，每个组中的试样进行如上述实施例1的测试，除了在室温(“Trm”)对试样组5-8的试样另外进行拉伸试验以代替实施例1中在室温进行的夏氏冲击试验。试验结果如表4所示，表中的数据是被测试样的平均值。
表4

*观察到的缺口断裂从表4中的结果可见，全部试样组在1300的屈服强度都是至少约120ksi、在1300的延伸百分率至少约12％。此外，在1300和80ksi的条件下，试样组5-7还具有至少约300小时的应力断裂寿命和低缺口敏感性。
在1750进行固溶处理的两个试样组之间(即试样组5和试样组6)，试样组6试样在室温和1300的抗拉和屈服强度、高温延展性以及应力断裂寿命都普遍优于试样组5试样。尽管无意限制，但认为这一结果归因于试样组6的试样进行时效时所采用的时效温度较高。
从表4中还可看出，在试样组8有缺口断裂。但是如表5所述，经过类似于试样组8试样的热处理方式对4″圆锻坯试样反复进行应力断裂试验时没有发生缺口断裂。虽然对4″圆锻坯试样进行的反复试验与8″圆锻坯试样相反，但其未发生缺口断裂不是由于试样的尺寸不同。因此认为，诸如用于试样组8的这类热处理适于制备具有理想应力断裂性能的镍基合金。
表5

*在固溶处理和第一时效处理之间，将试样空冷。
**在第一和第二时效处理之间，以每小时约100的冷却速率将试样炉冷。
***在第二时效处理之后，将试样空冷至室温。
实施例3根据上述实施例1所述制造试样。将试样分成试样组，在1750对试样组进行固溶处理，每个试样组的处理时间如表6所示。固溶处理后，每个试样空冷至室温，随后在1450时效2小时，炉冷至1200，在空冷至室温前时效8小时。
表6

热处理后，对每个试样组的试样进行实施例1所述的试验，但不进行夏氏冲击试验。试验结果如表7所示，其中表中的数据是被测试样的平均值。
表7

从表7中的数据可见，仅试样组9在1300和80ksi的应力断裂寿命为至少300小时，全部试样在1300的屈服强度为至少120ksi、在1300的延伸百分率为至少12％。虽然试样组10和11的应力断裂性能低于试样组9，但认为固溶处理时间超过2小时仍适用于某些用途。此外，如前所述，进行热处理的试样或工件的尺寸越大，固溶时间需要超过2小时以溶解基本上全部γ′和γ″相沉淀物。
实施例4使用4″直径的圆角、方形重锻坯制备试样，根据ASTM E 112测定，该锻坯的粒径为ASTM 4.5-ASTM5.5，平均粒径为ASTM 5。将试样分成试样组，在1750对试样组进行1小时固溶处理，对每个试样组以表8所示的冷却速率冷却至室温。冷却至室温后，在1450对试样时效2小时，炉冷至1200，在空冷至室温前时效8小时。
表8

热处理后，对每个试样组的试样进行实施例3所述的试验。试验结果如表9所示，其中表中的数据是被测试样的平均值。
表9

从表9中的数据可见，固溶处理后的冷却速率较低(如试样组14的每小时400)时，获得的1300的屈服强度低于120ksi。在较高冷却速率(如试样组13的每小时1000和试样组14的每小时22500)时，1300的屈服强度为至少120ksi。但是，所有试样都具有下述性能1300的延伸百分率为至少12％、1300和80ksi时的应力断裂寿命为至少300小时。
实施例5
根据上述实施例1所述制造试样。随后，将试样分成试样组15-21。在1750对试样进行1小时固溶处理。固溶处理后，在进行表10所示时效之前以每小时约22500(空冷)的冷却速率将试样冷却至室温。
第一时效处理之后，全部试样炉冷至第二时效温度，平均冷却速率为每小时约50-约100。此外，第二时效处理完成后，将试样空冷至室温。
表10

热处理后，对每个试样组中的至少2个试样进行如实施例3所述的试验。试验结果如表11所示，其中表中的数据是被测试样的平均值。
表11

此外还测定试样在高温下机械性能的热稳定性，在进行上述测试前，将每个试样组中的至少2个试样在1400暴露100小时。试验结果如表12所示。
表12

*测试前在1400暴露100小时。
从表11和12的数据可见，在约1450的第一时效温度时效2小时、并在约1200的第二时效温度时效8小时的试样(即试样组21)具有1300最高抗拉和屈服强度的最高的组合，以及最高的应力断裂寿命。在1400热暴露(表11)后，试样组21的试样具有最高的1300屈服强度和应力断裂寿命。试样组15、16和20的试样紧随这些结果。
此外，可以看出长时间热暴露后该合金的延展性有所改善。尽管不局限于任何特定理论，没有由于试样未经预固溶处理并试样从固溶温度冷却的冷却速率较高(约22500/小时)，因而直到热暴露后没有形成前面详述的理想晶界δ/η相沉淀物。
应理解本说明书描述了有关以本发明清晰理解的一些方面。为简化说明书，没有记载本发明中某些对于本领域普通技术人员显而易见的方面、以及不会促进更好地理解本发明的方面。尽管已结合某些实施方案描述了本发明，但本发明并不局限于公开的特定实施方案，而是包括了由所附权利要求限定的本发明实质和范围内的全部改进方式。
权利要求
1.一种热处理镍基合金的方法，包括对镍基合金进行预固溶处理，其中在镍基合金中形成适量的、选自δ相沉淀物和η相沉淀物中的至少一种晶界沉淀，所述至少一种晶界沉淀具有短的、通常为杆状的形态；对所述镍基合金进行固溶处理，其中镍基合金中基本上全部γ′相沉淀物和γ″相沉淀物都是溶解的，而所述至少一种晶界沉淀的至少一部分保留下来；固溶处理后以足以抑制在镍基合金中形成γ′相和γ″相沉淀物的第一冷却速率冷却该镍基合金；在第一时效处理中对镍基合金进行时效，其中在镍基合金中形成γ′相和γ″相的一次沉淀；在第二时效处理中对镍基合金进行时效，其中在镍基合金中形成γ′相和γ″相的二次沉淀，所述二次沉淀比一次沉淀细小；其中热处理镍基合金后，γ′相沉淀物是镍基合金中的主要强化沉淀。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述镍基合金是718型镍基合金。
3.如权利要求1所述的方法，其中以重量百分比计该镍基合金包含最高0.1的碳，12-20的铬，最高4的钼，最高6的钨，5-12的钴，最高14的铁，4-8的铌，0.6-2.6的铝，0.4-1.4的钛，0.003-0.03的磷，0.003-0.015的硼，以及镍；其中钼和钨的重量百分含量之和至少为2、并不大于8，其中铝和钛的原子百分含量之和为2-6，铝和钛的原子百分含量之比至少为1.5，铝和钛的原子百分含量之和除以铌的原子百分含量的值为0.8-1.3。
4.如权利要求1所述的方法，其中对镍基合金进行预固溶处理包括在1500-1650对该镍基合金加热2-16小时。
5.如权利要求1所述的方法，其中对镍基合金进行预固溶处理包括在1550-1600对该镍基合金加热2-16小时。
6.如权利要求1所述的方法，其中对镍基合金进行固溶处理包括在1725-1850对该镍基合金加热不超过4小时。
7.如权利要求1所述的方法，其中对镍基合金进行固溶处理包括在1750-1800对该镍基合金加热不超过2小时。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一冷却速率为至少每小时800。
9.如权利要求1所述的方法，其中在进行固溶处理后冷却该镍基合金包括将其冷却至1000或以下。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述第一时效处理包括在1325-1450的温度对该镍基合金加热2-8小时。
11.如权利要求1所述的方法，其中第一时效处理包括在1365-1450的温度对该镍基合金加热2-8小时。
12.如权利要求1所述的方法，其中第二时效处理包括在1150-1300的温度对该镍基合金加热至少8小时。
13.如权利要求1所述的方法，其中第二时效处理包括在1150-1200的温度对该镍基合金加热至少8小时。
14.如权利要求1所述的方法，其中热处理镍基合金后，该镍基合金的大多数晶界被至少一种晶界沉淀所阻塞。
15.如权利要求1所述的方法，其中热处理镍基合金后，该镍基合金在1300的屈服强度为至少120ksi，在1300的延伸百分率为至少12％，在1300和80ksi测定的缺口应力断裂寿命为至少300小时，并具有低缺口敏感性。
16.如权利要求1所述的方法，还包括在预固溶处理后、固溶处理前将镍基合金冷却至1000或以下。
17.如权利要求1所述的方法，还包括在第一时效处理后以每小时50-100的速度将该镍基合金冷却至第二时效温度。
18.一种热处理718型镍基合金的方法，该镍基合金包括最高14wt％的铁，该方法包括在1500-1650对镍基合金进行2-16小时的预固溶处理；在1725-1850的固溶温度对镍基合金进行不超过4小时的固溶处理；对镍基合金进行固溶处理后，以至少每小时800的第一冷却速率将其冷却；在第一时效处理中，在1325-1450对该镍基合金进行不超过8小时的时效处理；在第二时效处理中，在1150-1300的第二时效温度对该镍基合金进行至少8小时的时效处理。
19.如权利要求18所述的方法，其中该镍基合金还包含最高0.1的碳，12-20的铬，最高4的钼，最高6的钨，5-12的钴，4-8的铌，0.6-2.6的铝，0.4-1.4的钛，0.003-0.03的磷，0.003-0.015的硼，以及镍；其中钼和钨的重量百分含量之和至少为2、并不大于8，铝和钛的原子百分含量之和为2-6，铝和钛的原子百分含量之比至少为1.5，铝和钛的原子百分含量之和除以铌的原子百分含量的值为0.8-1.3。
20.如权利要求18所述的方法，其中在对镍基合金进行预固溶处理后，在进行固溶处理前将其冷却至1000或以下。
21.如权利要求18所述的方法，其中在对镍基合金进行预固溶处理后，直接将其加热至固溶温度。
22.如权利要求18所述的方法，其中对该镍基合金进行的固溶处理包括在1750-1800对该镍基合金加热不超过2小时。
23.如权利要求18所述的方法，其中第一时效处理包括在1365-约1450的温度对该镍基合金加热2-8小时。
24.如权利要求18所述的方法，其中热处理后该镍基合金在1300的屈服强度为至少120ksi，在1300的延伸百分率为至少12％，在1300和80ksi测定的缺口应力断裂寿命为至少300小时，并具有低缺口敏感性。
25.如权利要求18所述的方法，其中热处理镍基合金后该镍基合金包括γ′相沉淀物和γ″相沉淀物，其中γ′相沉淀物是镍基合金中的主要强化沉淀；以及适量的选自δ相沉淀物和η相沉淀物的至少一种晶界沉淀，其中，所述至少一种晶界沉淀具有短的、通常为杆状的形态。
26.一种热处理镍基合金的方法，以重量百分比计该镍基合金包含最高0.1的碳，12-20的铬，最高4的钼，最高6的钨，5-12的钴，最高14的铁，4-8的铌，0.6-2.6的铝，0.4-1.4的钛，0.003-0.03的磷，0.003-0.015的硼，以及镍；其中钼和钨的重量百分含量之和至少为2、并不大于8，铝和钛的原子百分含量之和为2-6，铝和钛的原子百分含量之比至少为1.5，铝和钛的原子百分含量之和除以铌的原子百分含量的值为0.8-1.3，该方法包括在1725-1850的固溶温度对镍基合金进行不超过4小时的固溶处理；固溶处理镍基合金后，以第一冷却速率冷却镍基合金；在第一时效处理中，在1365-1450对固溶处理的镍基合金进行不超过8小时的时效处理；在第二时效处理中，在1150-1300的第二时效温度对该镍基合金进行至少8小时的时效处理。
27.如权利要求26所述的方法，其中对镍基合金的固溶处理包括在1750-1800的固溶温度将镍基合金加热不超过2小时。
28.如权利要求26所述的方法，其中所述第一冷却速率是至少每小时800。
29.如权利要求26所述的方法，其中在第二时效处理中对镍基合金进行的时效包括在1150-1200的第二时效温度加热该镍基合金。
30.如权利要求26所述的方法，其中在热处理后该镍基合金在1300的屈服强度为至少120ksi，在1300的延伸百分率为至少12％，在1300和80ksi测定的缺口应力断裂寿命为至少300小时，并具有低缺口敏感性。
31.如权利要求26所述的方法，还包括在对镍基合金进行固溶处理之前，在1500-1650对其进行2-16小时的预固溶处理。
32.如权利要求31所述的方法，其中热处理后该镍基合金包括γ′相沉淀物和γ″相沉淀物，其中γ′相沉淀物是镍基合金中的主要强化沉淀；适量的选自δ相沉淀物和η相沉淀物的至少一种晶界沉淀，其中，所述至少一种晶界沉淀具有短的、通常为杆状的形态。
33.一种镍基合金，包括一种包含γ′相沉淀物和γ″相沉淀物的基体，其中γ′相沉淀物是镍基合金中的主要强化沉淀；适量选自δ相沉淀物和η相沉淀物中的至少一种晶界沉淀，其中所述至少一种晶界沉淀具有短的、通常为杆状的形态；并且其中该镍基合金在1300的屈服强度至少为120ksi，在1300的延伸百分率至少为12％，在1300和80ksi测定的缺口应力断裂寿命为至少300小时，并具有低缺口敏感性。
34.如权利要求33所述的镍基合金，其中所述镍基合金是718型镍基合金。
35.如权利要求33所述的镍基合金，其中以重量百分比计该镍基合金包含最高0.1的碳，12-20的铬，最高4的钼，最高6的钨，5-12的钴，最高14的铁，4-8的铌，0.6-2.6的铝，0.4-1.4的钛，0.003-0.03的磷，0.003-0.015的硼，以及镍；其中钼和钨的重量百分含量之和至少为2、并不大于8，铝和钛的原子百分含量之和为2-6，铝和钛的原子百分含量之比至少为1.5，铝和钛的原子百分含量之和除以铌的原子百分含量的值为0.8-1.3。
36.一种经过热处理的718型镍基合金，包括最高14wt％的铁，并包括γ′相沉淀物和γ″相沉淀物，其中γ′相沉淀物是镍基合金中的主要强化沉淀，还包括适量的选自δ相沉淀物和η相沉淀物的至少一种晶界沉淀，所述至少一种晶界沉淀具有短的、通常为杆状的形态，其中该镍基合金经过下述热处理在1500-1650对镍基合金进行2-16小时的预固溶处理；在1725-1850的固溶温度对镍基合金进行不超过4小时的固溶处理；对镍基合金进行固溶处理后，以至少每小时800的第一冷却速率将其冷却；在第一时效处理中，在1325-1450对该镍基合金进行2-8小时的时效处理；在第二时效处理中，在1150-1300的第二时效温度对该镍基合金进行至少8小时的时效处理。
37.一种包括一种镍基合金的制品，该镍基合金包括一种包含γ′相沉淀物和γ″相沉淀物的基体，其中γ′相沉淀物是镍基合金中的主要强化沉淀；适量选自δ相沉淀物和η相沉淀物中的至少一种晶界沉淀，其中所述至少一种晶界沉淀具有短的、通常为杆状的形态；并且该镍基合金在1300的屈服强度为至少120ksi，在1300的延伸百分率为至少12％，在1300和80ksi测定的缺口应力断裂寿命为至少300小时，并具有低缺口敏感性。
38.如权利要求37所述的制品，其中以重量百分比计该镍基合金包含最高0.1的碳，12-20的铬，最高4的钼，最高6的钨，5-12的钴，最高14的铁，4-8的铌，0.6-2.6的铝，0.4-1.4的钛，0.003-0.03的磷，0.003-0.015的硼，以及镍；其中钼和钨的重量百分含量之和至少为2，并不大于8，铝和钛的原子百分含量之和为2-6，铝和钛的原子百分含量之比至少为1.5，铝和钛的原子百分含量之和除以铌的原子百分含量的值为0.8-1.3。
39.如权利要求37所述的制品，其中所述制品选自涡轮或压缩机叶轮、叶片、机壳、转轴和紧固件。
40.一种制备一种制品的方法，所述制品含有包括最高14wt％Fe的718型镍基合金，该方法包括将镍基合金制成预期形状；对该镍基合金进行热处理，其中对镍基合金的热处理包括在1500-1650对镍基合金进行2-16小时的预固溶处理；在1725-1850的固溶温度对镍基合金进行不超过4小时的固溶处理；对镍基合金进行固溶处理后，以至少每小时800的第一冷却速率将镍基合金冷却；在第一时效处理中，在1325-1450对该镍基合金进行2-8小时的时效处理；在第二时效处理中，在1150-1300的第二时效温度对该镍基合金进行至少8小时的时效处理。
41.如权利要求40所述的方法，其中以重量百分比计该镍基合金包含最高0.1的碳，12-20的铬，最高4的钼，最高6的钨，5-12的钴，最高14的铁，4-8的铌，0.6-2.6的铝，0.4-1.4的钛，0.003-0.03的磷，0.003-0.015的硼，以及镍；其中钼和钨的重量百分含量之和至少为2，并不大于8，铝和钛的原子百分含量之和为2-6，铝和钛的原子百分含量之比至少为1.5，铝和钛的原子百分含量之和除以铌的原子百分含量的值为0.8-1.3。
全文摘要
本发明的实施方案涉及镍基合金，特别是718型镍基合金，其具有理想的显微结构，该显微结构主要由γ′相沉淀物强化，并包含适量的至少一种晶界沉淀。本发明的其它实施方案涉及热处理镍基合金、特别是718型镍基合金的方法，以便形成能够提供热稳定性的机械性能的理想显微结构。还公开了使用所述镍基合金制成的制品以及根据本发明实施方案的热处理镍基合金的方法。
文档编号C22C19/05GK1890395SQ200480035683
公开日2007年1月3日 申请日期2004年9月28日 优先权日2003年10月6日
发明者曹维滌, 理查德·L·肯尼迪 申请人:Ati资产公司