一种高塑性镍基合金的热处理工艺的制作方法
【专利摘要】一种高塑性镍基合金的热处理工艺，包括以下步骤：先将合金升温，之后进行低温固溶处理，保温一段时间后空冷；之后进行两级低温时效；解决了该合金塑性较差、热处理时长过长的技术问题，经过本发明制备的合金，强度略微上升，塑性明显提高，上升幅度可达30%~35%，并且热处理时长只有原来的一半，大大缩短了热处理时间。
【专利说明】
一种高塑性镍基合金的热处理工艺
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种高塑性镍基合金的热处理工艺。
【背景技术】
[0002] 镍基合金具有高使用温度、高蠕变性能、高持久性能、高抗高温氧化性能等一系列 优点，广泛应用于航空发动机、燃气轮机等领域。镍基粉末合金是一种新型的合金，相比于 传统的铸锻合金，其具有无宏观偏析、晶粒细小、组织均匀、成本低等一系列优点，并且可以 制造一些热加工性差的合金，目前已经成为航空航天发动机关键热端部件的必选材料，包 括财54、6￡、？&1、1? 〇118-1?〇7(^等在内的知名机构和企业都在进行先进粉末高温合金的研 制。目前世界上最先进的军机和民机，如4320)330、8777、8787、？35等，无一例外在关键热 端部件上选用了镍基粉末合金。因此，如何能制备出性能优良的镍基粉末合金非常重要。
[0003] 虽然镍基粉末合金具有很多优势，但是一直以来都有三个主要的问题困扰着合金 的开发者:热诱导孔洞、粉末原始颗粒边界以及非金属夹杂。这三种缺陷的存在，往往在宏 观力学性能中表现出来，具有这三种缺陷的合金是致命的。国内外科研工作者经过了数十 年的探索，仍未能很好地解决这一难题。其中重要的一个环节就是热处理工艺的改善。
[0004] 镍基粉末合金传统的热处理工艺为固溶处理+时效处理。其中固溶温度的选择一 般以y7相固溶温度为基准，一般热处理温度范围在y 7相固溶温度之下3〇°C到丫'相固溶 温度之上3〇°C范围内。而碳化物的析出温度作为时效温度的选择依据。对于本发明涉及的 Ni-Co-Cr型高温合金，采用的传统的工艺是：固溶温度为1210°C ( y 7相固溶温度以上25 °C )，时效温度为870 °C (M6C碳化物的析出温度）。但是采用这种制度制备的合金，强度往往 可以达到要求，但是塑性偏低，仅仅是略高于最低标准。这种情况限制了合金在部分关键场 合的使用。目前国内外研究人员开展的相关改进研究中，获得材料的塑性大都集中在20%左 右，这是不能满足合金的高需求的。并且传统的工艺热处理时间很长，完成一个热处理制度 往往需要40~45小时，不利于工业生产。
【发明内容】
[0005] 为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高塑性镍基合金的热处理 工艺，解决了Ni-Co-Cr型镍基粉末合金塑性差的缺点，与现有的数据相比，可以使该合金延 伸率上升35~40%，断面收缩率上升30~35%;本发明不影响合金的强度；与传统工艺相比，改 进后的热处理制度时常由43小时缩短至25小时，降低了成本，更加适合工业化生产。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种高塑性镍基合金的热处理工艺， 包括以下步骤： 1) 按照以下质量百分比配制镍基粉末合金:Co: 15~16.5%，Cr: 8~10%，A1:4.8~5.3%，Ti : 1 ? 6~2%，W: 5 ? 2~5 ? 9%，Mo: 3 ? 5~4 ? 2%，Nb: 2 ? 4~2 ? 8，C: 0 ? 02~0 ? 06%，Hf: 0 ?卜0 ? 4%，B〈0 ? 015%，Ni 为余S；; 2) 上述镍基粉末合金采用固溶和时效工艺处理，镍基粉末合金经真空感应熔炼和电渣 重熔，得到合金棒材，采用PREP制粉设备加工为金属粉末，之后将其装入包套，进行热等静 压成形； 3)将步骤2)得到的热等静压件进行固溶和时效热处理： 在1040~1080°C的马弗炉中保温1~5小时，之后取出空冷至室温，在750~850°C内进行时 效，时效时长6~12小时；以0.3~1°C/min的速率降温至600~700°C，保温6~12小时，整个热处 理时长〈30小时。
[0007] 本发明的有益效果是： 通过本发明制备的镍基粉末合金，抗拉强度可以达到1465~1500MPa，屈服强度达到965 ~lOOOMPa，延伸率达到25.5~29%，断面收缩率达到26~30%。与传统固溶时效处理工艺相比， 抗拉强度下降2%，断后伸长率提高约40%，断面收缩率提高约35%。
[0008] 经过本发明的镍基粉末合金，强度略微提升，塑性则得到了很大的提高，可以满足 很多场合的要求。同时，可以在一定范围内调整热处理参数，经过调整的热处理工艺时间减 少18~23小时，有效提高了生产效率，降低了企业的生产成本，适合工业化生产，在航空航 天、石油化工领域都有实用价值。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明该合金的组织（X 100)图。
[0010] 图2为本发明该合金的组织（X 200)图。
[0011]图3为常规工艺下合金的组织（X 200)图。
[0012]图4为本发明的工艺曲线图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0014] 1)按照以下质量百分比配制镍基粉末合金： 表1为本发明合金化学成分(被％)
熔炼，得到热等静压态合金，按照下述方法进行热处理： 2) 米用VIM+ESR制备银基合金棒，米用制粉机进行制粉，制备粉末装包套后进行热等静 压； 3) 步骤2)得到的热等静压件进行低温固溶+时效热处理： 在1080 °C下保温5小时，之后取出空冷至室温，之后在850°C内进行时效，时效时长12小 时;之后以1°C/min的速率降温至700°C，保温12小时，整个热处理时长23小时。
[0015]表2为本发明下该合金与常规工艺力学性能对比。可以发现，本发明在总体热处理 时长减少的情况下，合金析出相更加细小弥散，晶界析出相减少，减小了晶界析出相作为弱 连接区域的可能。同时，晶内析出相Y'相数量更多，尺寸也更为细小，都为合金具备高塑性 创造了有利的条件。表中数据可见，合金的强度下降了约2~3%，但是延伸率上升了 38%。
[0016] 实施例1 本例实施中，1)按照以下质量百分比配制镍基粉末合金:Co: 15.3%，Cr: 9.4%，A1:4.7%， Ti:1.8%，W:5.2%，Mo:4.1%，C:0.43%，Nb :2.6，Hf:0.23%，B:0.010，Ni 余量； 2) 上述镍基粉末合金采用固溶和时效工艺处理，经真空感应熔炼和电渣重熔，得到 800*〇80的棒材，表面粗糙度Ra〈l. 6，采用PREP制粉设备加工为金属粉末，将其装入包套， 进行热等静压成形； 3) 将步骤2)得到的热等静压后的合金带包套进行热处理，在1040°C下进行固溶处理， 在马弗炉中保温2小时，之后取出空冷至室温，之后在780°C下进行时效，时效时长8小时;之 后以0.6°C/min的速率降温至680°C，保温8小时，整个热处理时长22小时。表3为本发明下该 合金的力学性能。
[0017] 实施例2 本例实施中，1)按照以下质量百分比配制镍基粉末合金:Co: 15.4%，Cr: 9.6%，A1:4.8%， Ti:1.7%，W:5.5%，Mo:3.8%，C:0.36%，Nb :2.5，Hf:0.26%，B:0.008，Ni 余量； 2) 上述镍基粉末合金按照经真空感应熔炼和电渣重熔，得到700*0 70的棒材，表面粗 糙度Ra〈l. 6，采用PREP制粉设备加工为金属粉末，之后将其装入包套，进行热等静压成形； 3) 将步骤2)的镍基粉末合金热等静压后的合金带包套进行热处理，在1060°C下进行固 溶处理，在马弗炉中保温5小时，之后取出空冷至室温，之后在，750°C下进行时效，时效时长 7小时;之后以0.3°C/min的速率降温至610°C，保温7小时，整个热处理时长25小时。表3为本 发明下该合金的力学性能。
[0018] 实施例3 本例实施中，1)按照以下质量百分比配制镍基粉末合金:Co: 15.6%，Cr: 9.1 %，A1:4.9%， Ti:1.8%，W:5.3%，Mo:3.8%，C:0.35%，Nb :2.5，Hf:0.22%，B:0.011，Ni 余量； 2) 上述镍基粉末合金采用固溶和时效工艺处理，经真空感应熔炼和电渣重熔，得到 800* 〇 80的棒材，表面粗糙度Ra〈 1.6，采用PREP制粉设备加工为金属粉末，之后将其装入包 套，进行热等静压成形； 3) 将步骤2)得到的热等静压后的合金带包套进行热处理，在1070°C下进行固溶处理， 在马弗炉中保温1小时，之后取出空冷至室温，之后在800°C下进行时效，时效时长8小时;之 后以1°C/min的速率降温至680°C，保温8小时，整个热处理时长21小时。
[0019]表3为本发明下该合金的力学性能。
【主权项】
1. 一种高塑性镍基合金的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤： 1) 按照该合金成分配比，经真空感应熔炼和电渣重熔得到合金棒材，采用PREP制粉设 备加工为金属粉末； 2) 之后将其装入不锈钢包套，进行热等静压成形； 3) 将步骤2)得到的热等静压件进行固溶和时效热处理： 在1040~1080°C的马弗炉中保温1~5小时，之后取出空冷至室温，在750~850°C内进行时 效，时效时长6~12小时；以0.3~1°C/min的速率降温至600~700°C，保温6~12小时，整个热处 理时长〈30小时。2. 根据权利要求1所述的一种高塑性镍基合金的热处理工艺，其特征在于，所述的步骤 3)中固溶温度低于γ '相固溶温度100~150°C，比传统热处理工艺低120~170°C。3. 根据权利要求1所述的一种高塑性镍基合金的热处理工艺，其特征在于，所述的步骤 3)中时效热处理采用了两级时效热处理制度，并且最终时效温度低于合金的使用温度。4. 根据权利要求1所述的一种高塑性镍基合金的热处理工艺，其特征在于，所述的步骤 3)中时效热处理时长比传统工艺缩短了 13小时。
【文档编号】C22C1/04GK105821359SQ201610219832
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】闫飞, 王庆相, 韩志宇, 梁书锦, 张平祥, 左振博, 相敏, 王 琦, 莫茗锟
【申请人】西安欧中材料科技有限公司