一种均匀细化GH4169合金锻件组织的方法与流程

本发明属于镍基高温合金材料热处理技术领域，涉及一种均匀细化gh4169合金锻件组织的方法。

背景技术：

镍基高温合金是目前航空领域中应用最广泛的合金材料之一，其中的gh4169合金因为其具有较高的强度和塑性，良好的耐腐蚀性和抗氧化性能，以及良好的疲劳性能，被广泛应用于制造航空发动机涡轮盘机匣、压气机盘和叶片等关键零件。

材料的性能和微观组织的关系密不可分，微观组织的细化能很大程度的提高材料的强度，疲劳性能等力学性能，组织均匀化分布能使得锻件整体表现出均一化的材料属性。所以，为了获得高品质的gh4169合金材料，需要通过调控微观组织演变的方式来完成。目前，在锻件的热变形过程中，因为坯料在热塑性变形中的不均匀变形会造成在不同应变区域的动态再结晶程度不一致，导致锻件各部位的组织严重不均匀，从而使得锻件内部在不同区域表现出不同差异性的材料性能。并且，锻造过程中变形不均匀难以通过调整工艺参数解决。因此，对锻件进行热处理控制组织的静态及亚动态再结晶行为，从而晶粒组织细化与均匀化的目的是一个新的思路。然而，目前尚未有有关如何通过热处理实现锻件各部位不均匀组织均匀化和细化的成熟工艺。因此，急需发明一种新方法，利用该方法既能有效地提高gh4169合金锻造后组织细晶程度，又能明显改善组织整体不均匀性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种均匀细化gh4169合金锻件组织的方法，该方法通过调控热处理工艺参数控制组织的再结晶行为，从而显著提高gh4169合金组织均匀性及细化程度，解决了现有工艺在细化晶粒的过程中缺乏对组织结构整体均匀性考虑的问题。

本发明解决上述难题的方案是：

步骤1：将gh4169合金锻件进行固溶处理，消除初始δ相；固溶处理的工艺条件可为：固溶温度范围为1020～1050℃，固溶时间为40～60分钟；

步骤2：对固溶处理后的坯料进行热塑性成形，热塑性成形工艺需满足条件为：变形温度控制在950～1010℃之间，等效应变速率最小值需大于0.0018s^-1，等效应变最小值需大于0.2；

步骤3：对变形后gh4169合金锻件进行第一次退火处理，退火温度控制在960～990℃，退火时间控制在3～5分钟；

步骤4：对第一次退火后的锻件进行时效处理，时效温度控制在890～910℃，时效时间控制在9～24小时；

步骤5：对时效处理后锻件进行第二次退火处理，退火温度控制在960～990℃，分3～6阶段进行，每个阶段退火一定时间后淬火，并控制各阶段退火总时间在90～150分钟之间。

本发明的有益效果为：该方法充分利用了温度、时间、淬火残余应力以及位错能对锻造后组织中静态和亚动态再结晶的作用机制，实现了gh4169合金锻件不均匀晶粒组织的均匀化和细化，为gh4169合金锻件整体结构品质的跃升提供了新方法。

附图说明

图1gh4169合金锻件制备工艺曲线；

图2gh4169合金锻坯锻造后初始心部及边缘组织；

图3实施例1中gh4169合金锻造后双级退火时效温度—时间曲线；

图4实施例1中gh4169合金双级退火时效处理后晶粒心部及边缘组织；

图5实施例1对比试验中gh4169合金锻造后双级退火时效温度—时间曲线；

图6实施例1对比试验中gh4169合金双级退火时效处理后晶粒心部及边缘组织；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施案例对本发明进行详细说明。

本发明是一种均匀细化gh4169合金锻件组织的方法，下面所有实施例中均选用典型的工业用gh4169合金锻坯为对象。

实施例1

步骤1：将gh4169合金锻坯进行固溶处理，固溶温度为1040±5℃，固溶时间为45分钟，然后淬火，淬火介质为室温水；

步骤2：对固溶处理后的gh4169合金加热到950℃保温，保温至锻坯温度均匀后，以0.1s^-1的应变速率对合金施加变形，在变形量达到50％时终止，其心部区域等效应变范围为0.77-0.90，边缘区域等效应变范围为0.22-0.34；gh4169合金锻坯经步骤1、2的固溶锻造工艺及锻造后的心部及边缘组织分别如图1与图2所示；

步骤3：对步骤2获得的锻件进行第一次退火处理，退火温度为980±5℃，退火时间为3分钟，然后淬火，淬火介质为室温水；

步骤4：对第一次退火后gh4169锻件进行时效处理，时效温度为900±5℃，时效时间为12小时，然后淬火，淬火介质为室温水；

步骤5：对时效处理后gh4169锻件进行二次退火处理，退火温度为980±5℃，退火总时间为120分钟，分四阶段进行，每个阶段分别保温5分钟、20分钟、25分钟、70分钟，然后淬火，淬火介质为室温水；实施步骤3～5的工艺路线如图3所示，经过热处理后的组织心部及边缘部分的组织如图4所示；

对gh4169合金热处理工艺前后进行ebsd观察，结果如图2、图4与图6所示。图2(a)所示为锻造后原始锻件心部组织，组织形貌表现为沿变形拉长方向的粗大扁长状晶粒，在原始大晶界周围分布有少量的动态再结晶晶粒，组织以原始大晶粒为主，其晶粒尺寸统计为34.84μm，图2(b)所示为锻造后原始锻件边缘组织，组织形貌表现为粗大等轴晶粒，在原始大晶界周围分布有少量的动态再结晶晶粒，组织以原始大晶粒为主，其晶粒尺寸统计为53.21μm。经过图3工艺处理后的图4(a)所示锻件心部及图4(b)所示边缘组织均发生了完全再结晶行为，晶粒细小且分布均匀，其心部与边缘组织晶粒尺寸均达到了astm10级，经统计分别为10.81μm与14.53μm。通过对比图2和图4可知，本发明的方法可以达到细化组织晶粒及显著提高组织均匀性的目的。为了证明本方法的优越性，进行了对比实验，对比实验所选用的步骤1～5中变形工况和热处理的温度，总时间与本发明实施例1相同，区别在于对比实验在变形后热处理工艺中步骤5采用980±5℃持续不间断的保温120分钟。图5为对比实验中gh4169合金锻造后双极退火时效处理温度—时间工艺曲线，图6为对比试验中gh4169合金双级退火时效处理后晶粒心部及边缘组织。图6(a)所示锻件心部组织发生了完全再结晶行为，晶粒细小且分布均匀，但在图6(b)所示锻件边缘组织只发生了部分的再结晶，出现了严重的细小的再结晶晶粒与原始粗大等轴晶粒并存的混晶现象，其心部与边缘晶粒尺寸统计分别为13.63μm与19.72μm。对比图6和图4可以发现，在第三阶段二次退火总时间相同的前提下，分阶段多次退火的方式获得的组织在心部及边缘的细化程度都优于直接保温到实验终止的试样。对比实验证明了本发明提出的方法具有优越性。

上面结合附图对本发明的实例进行了描述，但本发明不局限于上述具体的实施方式，上述的具体实施方式仅是示例性的，不是局限性的，任何不超过本发明权利要求的发明创造，均在本发明的保护之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种均匀细化GH4169合金锻件组织的方法。其方法包括以下步骤：(1)将GH4169合金锻坯进行固溶处理；(2)对固溶处理后的坯料进行热塑性成形，变形温度控制在950～1010℃，等效应变速率不小于0.0018s‑1，等效应变不小于0.2；(3)对变形后GH4169合金锻件进行第一次退火处理，退火温度控制在950～1010℃，退火时间控制在3～5分钟；(4)对退火后锻件进行时效处理，时效温度控制在890～910℃，时效时间控制在9～24小时；(5)对时效处理后锻件进行第二次退火处理，退火温度控制在950～1010℃，分3～6阶段进行，每个阶段退火一定时间后淬火，并保证退火总时间在90～150分钟之间；本发明提出的方法可以有效的提高GH4169合金锻件的组织均匀性及细化程度。

技术研发人员：陈明松;王冠强;蔺永诚;邹宗怀
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2018.09.26
技术公布日：2019.01.22