一种镍基高温合金的热处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种镍基高温合金的热处理方法，其方法的步骤包括：(1)进行固溶处理，将镍基高温合金在1030～1050℃温度范围内固溶处理40～50分钟；(2)进行冷却，以3～5℃/min的冷却速率冷却至室温；(3)进行时效处理，时效温度为890～910℃，时效时间为10～14小时；(4)最后进行水淬。利用本发明方法处理镍基高温合金，不仅可以有效提高镍基高温合金在时效过程中δ相的析出量，缩短时效处理时间，降低生产成本，而且可以提高镍基高温合金的热加工性能。
【专利说明】一种镍基高温合金的热处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种镍基高温合金的热处理方法，属于有色金属材料热处理技术领 域。
【背景技术】
[0002] 镍基高温合金具有较高的强度、良好的耐腐蚀性和抗氧化性、以及良好的疲劳性 能和断裂韧性，是目前航空航天领域中应用最为广泛的金属材料之一。等温模锻技术属于 整体零件制造技术的一种，与传统的锻压技术相比，具有成形精度和质量以及成形效率极 大提高的优点。由于镍基高温合金的热加工性能对热加工工艺的变化十分敏感，属于可加 工区域窄的难变形材料，等温模锻技术特别适合于镍基高温合金的成形，主要用于高品质 复杂航空发动机用零件的成形制造。研究表明，镍基高温合金中的析出相非常复杂，主要包 含起主要强化作用的Y "相（Ni3Nb)、次强化作用的Y '相（Ni3AlTi)和Y "相的平衡相 S相（Ni3Nb)。由于δ相的溶解温度处于镍基高温合金的热加工范围之内，所以δ相的大 小、形貌和含量对镍基高温合金的热加工性能有显著影响。在热加工过程中，S相有促进 动态再结晶和抑制晶粒长大的作用，且可以拓宽镍基高温合金的可加工工艺参数范围。当 镍基高温合金中无 S相或δ相含量较少时，镍基高温合金在热加工过程中动态再结晶分 数较小，可加工的工艺参数范围窄，对设备的负载及运行精度要求高。此外，镍基高温合金 在热加工过程中容易发生损伤开裂，从而导致零件报废。尽管S相能有效提高镍基高温合 金的热加工性能，但是S相的析出需要一定的孕育期，时效时间较长，对能源的消耗较大。 因此，需要一种适合于镍基高温合金的热处理方法，以期达到缩短时效时间和提高镍基高 温合金的热加工性能的目的。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种镍基高温合金的热处理方法，以提高δ相在时效处 理过程中的析出量，从而缩短时效处理时间，并且提高镍基高温合金的热加工性能。
[0004] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种固溶处理和时效处理相结合的 镍基高温合金热处理方法。该方法的具体步骤为：
[0005] 步骤1 :对镍基高温合金在1030?1050°C温度范围内进行40?50分钟的固溶处 理；
[0006] 步骤2 :对经过步骤1处理的镍基高温合金进行冷却，冷却速率为3?5°C /min ;
[0007] 步骤3 :对经过步骤2处理后的镍基高温合金进行时效处理，其中时效处理温度为 890?910°C，时效处理时间为10?14小时；
[0008] 步骤4 :对经过步骤3处理的镍基高温合金进行水淬。
[0009] 本发明在时效处理中有以下考虑：固溶处理的镍基高温合金在不同的冷却速度条 件下δ相的含量和形貌各不相同。在以5°C/min及以下的冷却速率冷却时，在晶界及晶 内均有S相形核析出；在以5°C /min以上的冷却速率冷却时，组织中包含孪晶和位错，但 无 S相的形核；在后续的时效处理中，预析出的δ相形核不需孕育期可以直接长大，可以 提高镍基高温合金在时效过程中S相的析出量，缩短时效热处理时间。这种热处理方式能 够有效地调控镍基高温合金中S相的析出行为，提高镍基高温合金的热加工性能。
[0010] 本发明采用以上方案，具有以下优点：该发明对镍基高温合金进行了固溶处理，冷 却速率越小，合金中的δ相形核数目越多；在后续的时效处理过程中，预析出的δ相形核 不需要孕育期可直接长大，并且可以通过改变外加温度场调控S相的析出行为，从而提高 了镍基高温合金中S相的析出量，减少了时效处理时间，并且提高了合金的热加工性能。 该方法操作简单，有利于提高时效处理过程中S相的含量，从而可以提高镍基高温合金的 热加工性能，经济效果显著，有较大的应用价值。
[0011] 本发明所指的δ相体积分数是用Image-Pro Plus 6. 0软件进行统计的。热模拟 实验是在Gleeble-3500热模拟试验机上进行的。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1本发明热处理方法的流程图
[0013] 图2固溶处理冷却后镍基高温合金的SEM图片：（a)为未经本发明方法处理的晶 界形貌图；(b)为经本发明方法处理的晶界形貌图
[0014] 图3固溶处理冷却后镍基高温合金的TEM明场图片：（a)为未经本发明方法处理 的组织形貌图；(b)为经本发明方法处理的组织形貌图
[0015] 图4时效处理冷却后镍基高温合金的金相图片：（a)为未经本发明方法处理的析 出相形貌图；(b)经本发明方法处理的析出相形貌图
[0016] 图5镍基高温合金的热加工图：（a)为未经本发明方法处理的热加工图；(b)经本 发明方法处理的热加工图
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0018] 本发明是一种镍基高温合金热处理方法，以表1所示合金成分的镍基高温合金为 例，详细介绍本发明涉及的热处理方法。
[0019] 表1本发明实例中所用材料的合金成分（Wt % )
[0020]
【权利要求】
1. 一种镍基高温合金的热处理方法，其特征在于：利用镍基高温合金在固溶处理和时 效处理过程中复杂相的溶解与析出规律，制定了镍基高温合金的固溶处理和时效处理相结 合的热处理方法，其方法包括以下步骤： 步骤1:对镍基高温合金进行固溶处理； 步骤2 :对经过步骤1处理后的镍基高温合金以一定的冷却速率进行冷却； 步骤3 :对经过步骤2处理后的镍基高温合金进行时效处理； 步骤4:最后进行水淬。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1中所述的固溶处理温度为1030? 1050°C，固溶处理时间为40?50分钟。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中所述的镍基高温合金固溶后的冷 却速率范围为3?5°C /min。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3中所述的时效处理温度为890? 910°C，时效处理时间为10?14小时。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：最终得到的镍基高温合金中S相体积分数 范围为6. 56?7. 54%，可加工温度范围为930?1010°C，可加工应变速率范围为0. 001? 0? 100s'
6. 如权利要求1所述的方法，镍基高温合金的成分为（wt% ) :Ni 52.82, Cu 18. 19， Nb5. 23, Mo 3. 01，Ti 1. 00, A10. 59, C 0? 03, Co 0? 03, Fe 余量。
【文档编号】C22F1/10GK104404418SQ201410741304
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日
【发明者】蔺永诚, 李雷霆, 何道广, 张金龙, 陈小敏, 温东旭, 刘冠 申请人:中南大学