专利名称：一种镍基高温合金锻件和棒材获得均匀超细晶粒的方法
技术领域：
本发明涉及一种镍基高温合金GH4169合金各类锻件，如盘、叶轮、环、轴和叶片；各类棒材，如锻棒、轧棒，获得ASTM10级以上均匀超细晶粒的方法。
众所周知，GH4169合金广泛用于航空、航天、核电站及石化工业中的关键零部件制造，比如燃气轮发动机上的涡轮盘、压气机盘环形件、涡轮轴及压气机叶片等等。而为了改善燃气轮机上述重要零件的高、低周疲劳性能，则要求该合金的晶粒度均匀细化达到ASTM10级以上。美国专利US3660177提出了一种采用热机械加工生产出具有均匀细小晶粒的1N718合金锻件及棒材的方法。但是，该方法披露的技术细节不足，尤其是锻造温度较低，析出的金相组织是短粗斜状魏氏体δ相，因而对终锻要求比较苛刻。采用一般的细晶工艺，该合金在一般的锻压设备上难以达到ASTM10级以上的均匀超细晶粒。
本发明的目的在于提供一种在普通的锻压设备，比如锤、压力机、液压机和普通轧钢机、环轧机上，就能使GH4169高温合金锻件或棒材得到ASTM10级以上均匀超细晶粒的易于操作的方法。
本发明的技术解决方案为下料后将坯料析出δ相，通过对坯料的热机械加工、最终成形及热处理，使合金获得均匀超细晶粒。其特点是按下述步骤析出均匀的网兰状魏氏体δ相a.在1010℃--1030℃进行大于25％的予变形，b.进行第一次网兰处理，工艺参数880--900℃保温8--10h空冷，c.包套及锻造或轧制后进行第二次网兰处理，工艺参数同第一次网兰处理。另外，在第一次网兰处理及包套后，坯料在1010℃--1030℃进行变形大于30％的锻造或轧制。其次，在第二次网兰处理后，坯料在普通的锻压设备上进行变形大于25％的终锻或终轧，工艺参数取980℃--1010℃及视坯料大小和具体要求采用空冷、油冷或水冷。最后，在720℃--620℃直接时效或者在970℃ 1h固溶，然后在720℃--620℃时效处理。这样，即可得到DA状态(前者)或优质高强状态(后者)ASTM10级以上均匀超细晶粒的锻件和棒材。当然当坯料晶粒度均匀时，在析出δ相的步骤中可以不进行予变形，即下料后直接进行第一次网兰处理。当第一次网兰处理后坯料的晶粒度为均匀的组织时，在析出δ相的步骤中可以不进行第二次网兰即包套后直接进行终锻或终轧。另外，当最终成形采用等温成形设备时，坯料进行第一次网兰后不必包套即可进行终锻或终轧。
下面结合附图看实施例。
附
图1为本发明的工艺流程图。其中，由下料工序到锻造或轧制称为第一次予处理，至终锻或终轧前称为第二次予处理，二者加在一起可统称之为予处理，其目的是先得到比较均匀分布的网兰状魏氏体δ相组织结构，然后在低于δ相溶解温度下变形，将网兰状魏氏体δ相破碎，得到球状δ相组织，由球状δ相围成新的网兰，形成新的细晶粒周界，在随后的热处理过程中使细晶进一步完善、晶粒进一步均匀。附图2为一种实施例下料后的金相组织图。其化学成分见表一，其中，合金呈非时效状态，化学成分没有严格要求，无明显铌偏析，晶粒度为ASTM5--7级，是典型的晶粒分布不均匀例子呈项链状。将所下之料按图一流程加工，第一次网兰处理后得到比较均匀分布的网兰状魏氏体δ相(见附图3)，用硅酸铝纤维粘及1Cr18Ni9Ti板包套后锻造或轧制，得到球状δ相组织(见附图4)。最后，模具经予热便可直接在普通压力机上终锻。在热处理工序中，DA处理后得到了均匀超细晶粒组织(见附图5)和δ相组织结构(见附图6)；经固溶时效处理后得到了均匀超细晶粒组织(见附图7)和δ相组织结构(见附图8)。附图9为另一种实施例的情况，即下料后晶粒组织分布均匀的金相图。其化学成份见表2，其中合金状态、晶粒度等级等均与上例相同。此时，不进行予变形处理而直接进入网兰工序即可得到如附图3所示均匀分布的网兰状魏氏体δ相。按图1流程继续加工，最终仍能得到如附图5及附图7那样的均匀超细晶粒。
本发明的优点在于无论是予处理还是最终成形都不局限于常规的挤压和公知的挤压比4∶1，而是可以根据产品工艺要求来选择锻造、轧制或挤压等成形工艺。同时，选择易于操作、价格低廉的包套工艺，提出了比较灵活的一次予处理和两次予处理工艺，可以在普通的锤、压力机、液压机、轧机和环轧机上成形。最后，经热处理可以得到直接时效和固溶时效两种状态下ASTM10级以上均匀分布的超细晶组织。本发明揭示了得到超细晶粒的中间坯料组织应是均匀分布的网兰状魏氏体δ相。此外，未经予处理的坯料，虽然利用等温挤压也得不到均匀超细晶粒，以及上述实施例中经予处理后利用普通锻压均能得到均匀超细晶粒的例证，表明本发明的予处理是GH4169锻件、棒材获得超细晶粒组织的必要条件。总之，由于析出网兰状魏氏体δ相，由于合金再结晶充分采用本发明，使合金性能稳定，较之普通细晶工艺明显地提高了产品质量，改善了高、低周疲劳和抗断裂的能力。而且由于组织均匀，可以大大减少生产检测项目，仅此一项即可提高经济效益24％。本发明即可用于普通锻造，又可用于等温超塑锻造，可操作性强，不仅适用于各航空、航天发动机厂、专业锻造厂，而且可以推广至钢厂，直接生产各种规格优质细晶的GH4169锻件和棒材。本发明简易、合理、实用，适宜于我国企业现状，具有十分可观的经济效益和推广价值。表1
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权利要求
1.一种镍基高温合金GH4169锻件和棒材获得ASTM10级以上均匀超细晶粒的方法，其中合金成分无明显铌偏析、晶粒度ASTM4级以上并且呈非时效状态，它由--下料后将坯料析出δ相--对坯料进行热机械加工--最终成形--热处理组成，其特征在于--按下述步骤析出均匀的网兰状魏氏体δ相a.在1010℃--1030℃进行大于25％的予变形b.进行第一次网兰处理，工艺参数880℃--900℃，保温8～10h空冷；c.包套及锻造或轧制后进行第二次网兰处理，工艺参数同第一次网兰处理；--第一次网兰处理及包套后，坯料在1010℃～1030℃进行变形大于30％的锻造或轧制；--第二次网兰处理后，坯料在普通锻压设备上进行变形大于25％的终锻或终轧，工艺参数取980℃～1010℃及视坯料大小及具体要求采用空冷、油冷或水冷；--热处理可以采用720℃～620℃直接时效或者970℃1h固溶然后720℃--620℃时效处理；
2.根据权利要求1所述的镍基高温合金GH4169锻件、棒材获得ASTM10级以上均匀超细晶粒的方法，其特征是当坯料的晶粒度为均匀的组织时，在析出δ相的步骤中可以不进行予变形，即下料后直接进行第一次网兰处理。
3.根据权利要求1或2所述的镍基高温合金GH4169锻件、棒材获得ASTM10级以上均匀超细晶粒的方法，其特征是当第一次网兰处理后坯料的晶粒度为均匀的组织时，在析出δ相的步骤中可以不进行第二次网兰即包套后直接进行终锻或终轧。
4.根据权力要求1、2、3所述的镍基高温合金GH4169锻件、棒材获得ASTM10级以上超细晶粒的方法，其特征是当最终成形采用等温成形设备时，坯料进行第一次网兰后不必包套即可进行终锻或终轧。
全文摘要
本发明涉及GH4169锻件、棒材获得均匀超细晶粒的方法。特点是通过预处理得到均匀的网兰状魏氏体δ相组织，然后通过变形得到球状δ相围成新生细晶核，其最终状态可以是DA，也可以是优质高强，其预处理变形和最终成型均可以在普通锻压设备上进行。本发明细晶一项即可减少理化检测费用24％。本发明不仅适用各航空、航天发动机厂、专业锻造厂，还可推广至钢厂直接生产各种规格的细晶棒材。
文档编号C22F1/10GK1165204SQ9611529
公开日1997年11月19日 申请日期1996年5月9日 优先权日1996年5月9日
发明者陈宗霖, 王少刚, 姜兆群, 刘秋生, 陈桂梅, 李伟红, 刘润广, 韩雪 申请人:沈阳黎明发动机制造公司