一种GH4169对接螺栓第二相弥散析出热处理方法与流程

本发明涉及一种gh4169对接螺栓第二相弥散析出热处理方法，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，但是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、海洋平台等紧固件的服役需要。但gh4169合金价格非常昂贵，在此背景下，如何进一步发挥gh4169合金的服役可靠性，极大提高gh4169合金服役寿命，则是制造高质量gh4169合金螺栓的关键。

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，要求其在晶界的析出，主要是为了保证钉扎住晶界，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。

但常温下使用的gh4169，不会要求他的蠕变持久性能，而且δ相析出对强度的影响较低，δ相的析出可降低缺口敏感性，然而降低材料缺口敏感性对于在结构上有很多螺纹牙，等同于缺口效应的螺栓来说则具有较重要的意义。但在研究中发现，gh4169合金中δ相只是沿晶界析出，虽然会提高高温蠕变持久性能，但会导致裂纹非常容易沿晶界的萌生与扩展，降低使用过程中的疲劳性能高。因此，基于该目的，δ相在降低缺口敏感性方面对于gh4169螺栓是有利的，但δ相沿晶界析出，则会促进裂纹沿晶界的萌生与扩展是不利的，需要扬长避短δ相的作用。

然而，目前gh4169合金构件的热处理技术均是满足高温条件下使用的要求，热处理后促进了δ相在晶界区域的析出，如附图1所示为gh4169合金扫描电镜图，从图中很明显可观察到采用常规980℃保温60min均匀化处理在720℃和620℃分别保温8h进行双极时效处理工艺后的合金中，δ相明显沿晶界析出。为此，需要发展一种新的、有意义的、可行性较强的热加工技术，通过该技术促进δ相在整个金属基体中弥散析出，一方面促进晶内δ相的均匀析出，另一方面尽量降低晶界δ相的析出长大，从而满足高性能gh4169合金螺栓的服役要求。

技术实现要素：

为了解决现有热处理技术主要是满足gh4169高温条件下使用，其热处理制度会导致δ相沿晶界析出的问题，本发明根据gh4169合金螺栓的服役特点研究成果，结合γ″和δ相析出规律机制，提供了一种gh4169对接螺栓第二相弥散析出热处理方法，通过该热处理方法可获得螺栓强度不变，而δ相可在晶内弥散、细小析出的加工技术方案，从而解决常温下使用的gh4169高强度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gh4169对接螺栓第二相弥散析出热处理方法，该方法是首先将gh4169对接螺栓进行高密度γ″相析出处理，随后进行δ相的弥散析出热处理，最后在960℃以下进行5～120min固溶，以及在720℃和620℃分别保温8h进行双极时效处理工艺，这样便完成了gh4169对接螺栓的热处理。

上述方法中，所述高密度γ″相析出处理是先将gh4169对接螺栓在940～1020℃保温5～60min完成固溶后，再在680～780℃保温4～12h完成γ″相析出。

上述方法中，所述δ相的弥散析出热处理是将gh4169对接螺栓在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：本发明根据gh4169合金相变规律，首先对gh4169合金进行固溶处理，让析出相的主要形成元素nb全部回溶到基体中，然后经过在680～780℃保温4～12h，在基体中只形成亚稳相γ″相，由于γ″相是非平衡相，在基体中不像稳定相δ相是在晶界上有选择的析出，而是在整个基体中均匀的析出。在γ″完全析出后，通过控制保温温度与保温时间，促进平衡相从非平衡相γ″相进一步转变，同时避免过高的温度促进δ相直接从基体在晶界位置析出。这样就得到弥散析出的δ相，在进一步的强化固溶处理和时效处理工艺中，为了避免弥散析出的δ相回溶，因此要求其固溶温度必须低于960℃，最后完成时效处理，这样便可避免δ相在晶界析出，而让δ相能在整个基体上均匀析出，从而解决常温下使用的gh4169高强度螺栓疲劳寿命与可靠性要求的问题。

附图说明

图1为gh4169合金螺栓通过常规热处理后的sem图(扫描电镜图)；

图2为gh4169合金螺栓通过常规热处理后的δ相分布金相图。

图3是gh4169合金螺栓通过本发明的方法处理后的金相图；

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，并对处理结果进行比较。

(1)常规热处理方案：即采用常规980℃保温60min均匀化处理后看，在720℃和620℃分别保温8h进行双极时效处理。经过常规热处理后的金相图如图2所示。

(2)本发明的热处理方案：本发明的一种gh4169对接螺栓第二相弥散析出热处理方法，该方法是首先将gh4169对接螺栓进行高密度γ″相析出处理，所述高密度γ″相析出处理是先将gh4169对接螺栓在1020℃保温60min完成固溶后，再在780℃保温12h完成γ″相析出；随后进行δ相的弥散析出热处理，所述δ相的弥散析出热处理是将gh4169对接螺栓在940℃进行480min的保温处理；最后在960℃以下进行120min固溶，以及在720℃和620℃分别保温8h进行双极时效处理工艺，这样便完成了gh4169对接螺栓的热处理。经过本发明的方法处理后的金相图如图3所示。

通过对图2与图3的比较可以看出，常规热处理方案图2中，δ析出相从晶界向晶内延伸，从晶界连续析出，而通过本发明的方法处理后的δ析出相明显在晶粒中间弥散颗粒状析出，如图3，这样便可避免δ相在晶界析出，而让δ相能在整个基体上均匀析出，从而解决常温下使用的gh4169高强度螺栓疲劳寿命与可靠性要求的问题。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种GH4169对接螺栓第二相弥散析出热处理方法，该方法是首先将GH4169对接螺栓进行高密度γ″相析出处理，随后进行δ相的弥散析出热处理，最后在960℃以下进行5～120min固溶，以及在720℃和620℃分别保温8h进行双极时效处理工艺，这样便完成了GH4169对接螺栓的热处理。本发明根据GH4169合金螺栓的服役特点研究成果，结合γ″和δ相析出规律机制，避免δ相在晶界析出，而让δ相能在整个基体上均匀析出，通过该热处理方法可获得螺栓强度不变，而δ相可在晶内弥散、细小析出的加工技术方案，从而解决常温下使用的GH4169高强度螺栓疲劳寿命与可靠性要求的问题。

技术研发人员：梁宇;向嵩;梁益龙;申佳林;赵飞
受保护的技术使用者：贵州大学
技术研发日：2017.02.15
技术公布日：2017.07.07