一种使GH4169螺栓中δ相呈梯度析出的方法与流程

本发明涉及一种使GH4169螺栓中δ相呈梯度析出的方法，属于机械零部件制造技术领域。

背景技术：

高强度对接螺栓的制造一方面要保证高的强度指标，另一方面还需要较高的疲劳寿命。常规条件使用的高强螺栓的制造主要采用各类沉淀硬化不锈钢，而一些航空用发动机则会选用高温合金、钛合金来满足高温条件下紧固件的服役要求。

GH4169合金螺栓是一种在高温条件下服役的紧固件，但随着对环境以及材料的认识，发现GH4169合金在常温条件下具有极高的抗腐蚀性，以及较低的腐蚀敏感性，因此采用GH4169合金进行常温用高强度对接螺栓的制造，能够满足很多，比如风力发电机、飞机机身、海洋平台等常温条件下紧固件的服役需要。

GH4169合金中有三种主要的相，γ′、γ″和δ相，其中γ′、γ″是合金中的主要强化相，其数量形态对力学性能的影响已经有大量报道。而δ相是GH4169合金中的一种稳定相，该合金在高温条件下的使用主要因为其能钉扎住晶界，防止在高温服役条件下晶界的推移，提高GH4169合金构件的蠕变、持久性能。

常温下使用的GH4169螺栓则不需要δ相来提高材料蠕变持久性能，但δ相具有降低缺口敏感性的作用。因此，GH4169螺栓在常温下的作用与在高温下的作用完全不一样，即GH4169合金构件在常温下与在高温下服役的组织条件需求是不一样的。这需要重新认识原有的组织控制技术方案，提出一种符合GH4169螺栓在常温下使用的组织控制技术方案。

在GH4169合金中，主要强化相为亚稳的γ"(体心四方DO₂₂)成分为Ni₃Nb，稳定相δ相(有序正交DO_a)的化学式也是Ni₃Nb，其中作为主要合金元素Nb的分配则是决定γ"与δ含量的关键，比如Nb主要形成δ相，则强化相γ"含量则明显降低。因此，需要γ"与δ含量保持在一种合理的分布状态，充分发挥γ"相的强化能力，发挥δ相降低缺口疲劳敏感性的能力。由此，从相的分布来说，对疲劳性能影响最大的表面位置(因为疲劳裂纹主要萌生在构件表面)，需要其具有一定δ相含量，而在心部则主要是以强化相γ"为主，因此设计一种表层δ相含量高，到心部降低的组织结构则能较好地满足常温下使用的GH4169螺栓组织要求。为了满足这种δ相梯度组织结构的控制要求，则需要了解各种相的析出条件，进行有针对性的制定方案。

技术实现要素：

本发明根据GH4169合金螺栓中不同相的析出产生的影响规律进行创新，提供了一种使GH4169螺栓中δ相呈梯度析出的方法，通过该方法使GH4169螺栓表层δ相含量高，从表层到心部δ相含量降低，从而解决常温下使用的GH4169合金螺栓疲劳寿命与可靠性要求的问题。

本发明的技术方案：一种使GH4169螺栓中δ相呈梯度析出的方法，该方法是首先将GH4169合金螺栓在940～1020℃下保温5～60min进行完全固溶处理，然后进行表层变形处理，随后进行析出相热处理，之后以1～10℃/min的冷速降温到620℃进行8h稳定化时效处理即可。

上述方法中，所述表层变形处理是采用高压水射流技术在螺栓的应力集中区域进行喷压操作，作用水压力为10～500MPa，以100～1000mm/min的移动速率连续喷过需要处理的螺栓部位。

上述方法中，所述析出相热处理是将螺栓在780～940℃进行20～480min的保温处理。

由于采用上述技术方案，本发明的优点在于：本发明首先通过固溶处理，将螺栓中已有的析出相全部回溶到基体中，形成成分均匀的组织。由于进行了固溶处理后，强化相回溶，基体硬度较低，随后对需要处理的螺栓部位进行高压水射流处理，从而在螺栓表层形成一层变形层，其变形程度靠近表面较大(应变能大)，越向心部越小。将处理好的螺栓在780～940℃进行20～480min的保温处理，该温度处理范围下限为γ"相析出温度，在该温度进行处理，δ相在应变能较高的区域可以在较低的γ"相析出温度就析出，因此，根据表面到心部的变形程度不一样，δ析出百分量就不一样，在没有变形的心部，则温度可以促进γ"相的析出，而不能析出δ相，由此就得到相分数梯度分布的组织状态。最后以1～10℃/min的冷速降温到620℃进行8h稳定化时效处理，主要是为了析出γ′(面心立方LI2)相，完成热处理。因此，通过本发明的方法可使GH4169螺栓表层δ相含量高，从表层到心部δ相含量降低，从而解决常温下使用的GH4169合金螺栓疲劳寿命与可靠性要求的问题。

附图说明

图1为GH4169螺栓通过本发明的方法处理后的表层金相图；

图2为GH4169螺栓通过本发明的方法处理后的次表层金相图；

图3为GH4169螺栓通过本发明的方法处理后的心部金相图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例

现以某型号GH4169合金螺栓作为处理对象，采用本发明的方法进行处理，处理方案为：首先将GH4169合金螺栓在980℃下保温40min进行完全固溶处理，然后进行表层变形处理，即采用高压水射流技术在螺栓的应力集中区域进行喷压操作，作用水压力为200MPa，以600mm/min的移动速率连续喷过需要处理的螺栓部位；随后将螺栓在780℃下进行20～480min的保温处理，之后以5℃/min的冷速降温到620℃进行8h稳定化时效处理即可。从图1～3可以看出，通过上述处理得到GH4169合金螺栓表层δ相含量为1.76％，心部δ相含量低于0.1％的δ相含量梯度结构组织状态。因此，通过本发明的方法可使GH4169合金螺栓表层δ相含量高，从表层到心部δ相含量降低，从而解决常温下使用的GH4169合金螺栓疲劳寿命与可靠性要求的问题。