一种修复定向凝固高温合金DZ125蠕变损伤的热等静压方法与流程

本发明涉及高温合金的组织修复技术领域，特别是涉及一种修复定向凝固高温合金DZ125蠕变损伤的热等静压方法。

背景技术：

定向凝固的高温合金DZ125广泛应用于航空发动机热端转子的叶片，其具有较好的高温力学性能，但是转子的服役环境非常苛刻，常受到不同程度的服役蠕变组织损伤，使其性能退化导致失效破坏，蠕变损伤的主要形式为显微组织退化和蠕变孔洞的形核及长大。国内现有技术中并没有有效的修复工艺，因此需要根据DZ125合金的特征研究出一种损伤组织的修复工艺，来提高部件的使用寿命，降低成本，从而延长航空发动机使用寿命。

DZ125合金高温蠕变损伤主要表现在显微组织退化和蠕变孔洞的形核及长大。对于合金组织的修复技术包括两个步骤：(1)热等静压修复DZ125合金服役过程中产生的蠕变孔洞及原始组织中的铸造缺陷；(2)恢复热处理制度改善退化的显微组织，使其达到或接近服役前的显微组织形貌。

热等静压工艺参数的选择与合金的损伤程度及合金类型密切相关，特别是对于定向凝固高温合金来说，热等静压的参数选取异常重要，不当的温度选择可能会在愈合孔洞附近产生内部再结晶。

技术实现要素：

针对上述现有技术的问题，本发明提供了一种修复定向凝固高温合金DZ125蠕变损伤的热等静压方法。目的是通过合理的热等静压工艺处理后，使得服役叶片组织得到修复，性能得到提升，恢复服役前的良好的高温力学性能。

本发明提供的所述的修复定向凝固高温合金DZ125蠕变损伤的热等静压方法，具体是通过如下步骤实现的：

第一步，将服役后产生蠕变损伤的DZ125叶片在适当的部位取样；

第二步，将取好的试样在热等静压炉内进行热等静压处理，处理工艺为：

压力介质使用高纯Ar气，试样置于坩埚并埋于细小的Al₂O₃颗粒中，以5～15℃/min的升温速率从室温升温至1225℃～1250℃，同时Ar气压力升至20～40MPa，保温保压30min～90min，再升压至100MPa～150MPa保持120min以上。

优选的，以10℃/min的升温速率从室温升温至1225℃，同时Ar气压力升至30MPa，保温保压60min，再升压至100MPa保持120min。

所述的Al₂O₃颗粒直径平均为10～15微米。

第三步，以1000℃/h的速率冷却至室温。

本发明的优点在于：

与现有技术相比，本发明在有效修复蠕变损伤及铸造缺陷的同时不会产生内部再结晶，修复后组织的显微硬度明显提高，高温力学性能得到恢复。

附图说明

图1A和图1B为原始DZ125合金的显微组织图片；

图2A和图2B为服役叶片DZ125合金的显微组织图片；

图3A和图3B为经热等静压进行修复后的显微组织图片；

图4为不同条件下的显微硬度的对比：original代表原始DZ125合金的显微硬度，damaged代表叶片服役后DZ125合金的显微硬度，HIP为热等静压处理后DZ125合金的显微硬度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将对本方法予以更为详细的说明，以便本领域内的人员更好的理解本发明的优势与特点。

实施例1：

第一步，将服役后产生蠕变损伤的DZ125叶片在适当的部位取样；

如图1A和1B所示，取样的原始的DZ125合金的显微组织中含有铸造疏松缺陷，γ＇相呈立方状。经过服役后的服役叶片的DZ125合金显微组织如图2A和图2B所示，含有铸造疏松和蠕变空洞，立方状γ＇相已转化为粗大的聚集成片的γ＇相。

第二步，将取好的试样在热等静压炉内进行热等静压处理，所用到的设备为Avure公司生产的Quintus QIH-3热等静压机。所述的热等静压处理工艺参数为：

压力介质使用高纯Ar气，试样置于坩埚并埋于平均直径10～15微米的Al₂O₃颗粒中，以10℃/min的升温速率从室温升温至1225℃，同时Ar气压力升至30MPa，保温保压60min，再升压至100MPa保持120min。

第三步，以1000℃/h的速率冷却至室温。

通过上述的热等静压处理后的试验显微组织如图3A和3B所示，合金显微组织结构中，内部的铸造疏松及蠕变孔洞得到有效愈合，γ＇相恢复至原始的立方状，并且没有产生内部再结晶。显微硬度有了一定程度的提升，结果如图4所示，经过本发明的热等静压处理后，合金的显微硬度HV达到了448.7，明显高于原始合金和服役合金的显微硬度。

实施例2：

第一步，将服役后产生蠕变损伤的DZ125叶片取样。

为了说明本发明的热等静压处理工艺的有益效果，选取具有明显蠕变特征的部位作为试样；

DZ125合金的原始的显微组织中含有铸造疏松缺陷，γ＇相呈立方状。经过服役后的服役叶片的DZ125合金显微组织增加了蠕变空洞缺陷，立方状γ＇相已转化为粗大的聚集成片的γ＇相。

第二步，将取好的试样在热等静压炉内进行热等静压处理，所用到的设备为Avure公司生产的Quintus QIH-3热等静压机。所述的热等静压处理工艺参数为：

压力介质使用高纯Ar气，试样置于坩埚并埋于平均直径10～15微米的Al₂O₃颗粒中，以5℃/min的升温速率从室温升温至1225℃，同时Ar气压力升至20MPa，保温保压90min，再升压至100MPa保持120min。

第三步，以1000℃/h的速率冷却至室温。

实施例3：

第一步，将服役后产生蠕变损伤的DZ125叶片取样，选取试样具有明显蠕变孔洞等蠕变缺陷。

第二步，将取好的试样在热等静压炉内进行热等静压处理，所用到的设备为Avure公司生产的Quintus QIH-3热等静压机。所述的热等静压处理工艺参数为：

压力介质使用高纯Ar气，试样置于坩埚并埋于平均直径10～15微米的Al₂O₃颗粒中，以15℃/min的升温速率从室温升温至1250℃，同时Ar气压力升至40MPa，保温保压30min，再升压至150MPa保持180min。

第三步，以1000℃/h的速率冷却至室温。

对上述实施例2和实施例3中热等静压处理后的试验进行显微组织对比，结果显示，经过本发明的热等静压处理工艺后，服役叶片试样上的蠕变孔洞缺陷消失，没有再结晶，并且试样的显微硬度HV达到420以上，相对于原始的DZ125合金以及服役过的DZ125合金都具有明显的提高。