一种GH3536镍基高温合金的半固态坯料的制备方法与流程

本发明涉及一种高温合金的半固态坯料的制备方法。

背景技术：

高温合金是指以镍、铁和钴为基体，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作，能承受较大复杂应力、并具有表面稳定性的一类金属材料。高温合金具有较高的高温强度，良好的抗氧化、抗腐蚀性能以及良好的断裂韧性、塑性等综合性能，在现代国防建设和国民经济发展中具有十分重要的意义。高温合金具有优异的高温性能，在航空航天、能源、交通等众多领域应用广泛、不可或缺。高温合金中镍基高温合金因其具有优异的性能被广泛应用，是推动工业发展中重要的一环。然而高温合金是典型的难加工材料，而镍基高温合金又是其中最难加工的材料之一，存在热加工性能差、切削加工难的问题，这不仅提高了加工成本还严重影响高温合金材料的应用。由此提出高温合金半固态触变成形技术。

半固态触变成形技术是半固态加工两种主要技术路线中极为重要的一种加工技术手段，在实际加工生产中使用广泛，是一种继承了铸造和锻造综合优点的精密近净成形技术，能有效地实现控形与控性的统一。很多高温合金如镍基高温合金等都有明显的固-液温度区间，理论上适用于半固态加工，可以应用半固态触变成形技术的优势，解决镍基高温合金热加工性能差和切削加工难的问题。同时，现在半固态触变成形技术多用于低熔点的铝、镁合金的加工成形中，在高熔点合金中的应用也多局限于钢及部分钛合金，因此将半固态触变成形技术应用于镍基高温合金中不仅能解决高温合金加工的问题，还能拓宽半固态成形技术可应用的材料领域。半固态触变成形技术路线需要制备高温合金半固态坯料，可以避免半固态流变技术中由于高温合金较高的熔点带来的设备和搅拌工具材料的选择难题。

技术实现要素：

本发明是要解决现有的镍基高温合金存在热加工性能差、切削加工难的技术问题，而提供一种gh3536镍基高温合金的半固态坯料的制备方法。

本发明的gh3536镍基高温合金的半固态坯料的制备方法是按以下步骤进行的：

一、确定gh3536镍基高温合金的固相线和液相线：利用示差扫描量热法确定变形gh3536高温合金的固相线为t1，液相线为t2，所以变形gh3536镍基高温合金的半固态温度区间为t1～t2；

二、将变形gh3536高温合金棒材根据需要切割成预制坯；

三、将真空气氛电阻炉升温至900℃～950℃进行预热，将步骤二中切割好的预制坯放到预热好的真空气氛电阻炉中，将真空气氛电阻炉抽真空至0.1pa～0.11pa，然后充氩气至0.1mpa～0.11mpa，在升温速率为15℃/min～20℃/min的条件下升温至1302℃～1385℃，并在1302℃～1385℃保温60min～90min；

四、将保温后的坯料取出，快速移至水中淬火冷却到室温后即得到gh3536高温合金半固态坯料。

本发明首先利用示差扫描量热法(dsc)确定gh3536高温合金的固相线和液相线，然后利用真空气氛电阻炉对变形镍基高温合金gh3536预制坯直接升温至半固态温度区间进行半固态等温处理，保温一定时间后自然冷却至室温即可制得高温合金半固态坯料。

本发明对gh3536高温合金坯料的制备为变形高温合金直接半固态等温处理，是一种高效制备半固态坯料的方法，与半固态触变技术常用坯料制备的再结晶重熔法(rap)和应变诱导熔化激活法(sima)相比可以省去半固态等温处理之前的预加工，能有效的缩短制备时间、缩短半固态触变成形工艺流程，很好的提高生产效率，促进半固态触变成形技术在高温合金精密成形领域的应用。

本发明的gh3536高温合金在半固态温度等温处理过程中，由于固相晶粒之间的晶界能高于液相和固相之间的界面能，所以晶界处被液相所润湿，从而制备晶粒细小且球化程度高的高温合金半固态坯料。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用真空气氛电阻炉直接将变形高温合金坯料加热至半固态区间进行半固态等温处理从而获得半固态坯料，有利于短流程、低成本制备组织均匀、晶粒细小(240μm左右)且球化程度高(圆整度为0.8左右)的gh3536高温合金半固态坯料；

2、本发明适合制备gh3536高温合金半固态坯料，弥补传统的液相法难以制备gh3536高温合金半固态坯料的不足。

附图说明

图1为试验一的步骤一中gh3536高温合金示差扫描量热(dsc)曲线；

图2为本发明的工艺流程图；

图3为本发明的工艺流程图；

图4是试验一制备的gh3536高温合金半固态坯料的光学显微镜照片；

图5是试验二制备的gh3536高温合金半固态坯料的光学显微镜照片。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式为一种gh3536镍基高温合金的半固态坯料的制备方法，具体是按以下步骤进行的：

一、确定gh3536镍基高温合金的固相线和液相线：利用示差扫描量热法确定变形gh3536高温合金的固相线为1302℃，液相线为1385℃，所以变形gh3536镍基高温合金的半固态温度区间为1302℃～1385℃；

二、将变形gh3536高温合金棒材根据需要切割成预制坯；

三、将真空气氛电阻炉升温至900℃～950℃进行预热，将步骤二中切割好的预制坯放到预热好的真空气氛电阻炉中，将真空气氛电阻炉抽真空至0.1pa～0.11pa，然后充氩气至0.1mpa～0.11mpa，在升温速率为15℃/min～20℃/min的条件下升温至1302℃～1385℃，并在1302℃～1385℃保温60min～90min(让液相润湿固相晶粒的晶界，让固相晶粒发生球化)；

本步骤中预先将电阻炉升温的目的是为了防止预制坯前期加热时间过长导致晶粒过分长大；本步骤中抽真空的目的是为了防止gh3536高温合金预制坯在制备半固态坯料过程中发生氧化。

四、将保温后的坯料取出，快速移至水中淬火冷却到室温后即得到gh3536高温合金半固态坯料。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中在升温速率为15℃/min的条件下升温至1340℃～1370℃，并在1340℃～1370℃保温60min～90min。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤三中将真空气氛电阻炉升温至900℃进行预热。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤四中将保温后的坯料快速移至水中的时间小于2s。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤四淬火冷却速率大于300℃/s且小于等于400℃/s。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤四淬火用水温保持在15℃～30℃，且为循环水。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中并在1364℃保温60min。其他与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中并在1367℃保温90min。其他与具体实施方式四相同。

用以下试验对本发明进行验证：

试验一：本试验为一种gh3536镍基高温合金的半固态坯料的制备方法，具体是按以下步骤进行的：

一、确定gh3536镍基高温合金的固相线和液相线：利用示差扫描量热法确定变形gh3536高温合金的固相线为1302℃，液相线为1385℃，所以变形gh3536镍基高温合金的半固态温度区间为1302℃～1385℃；

二、将变形gh3536高温合金棒材根据需要切割成预制坯；

三、将真空气氛电阻炉升温至900℃进行预热，将步骤二中切割好的预制坯放到预热好的真空气氛电阻炉中，将真空气氛电阻炉抽真空至0.1pa，然后充氩气至0.1mpa，在升温速率为15℃/min的条件下升温至1364℃，并在1364℃保温60min；

四、将保温后的坯料取出，快速移至水中淬火冷却到室温后即得到gh3536高温合金半固态坯料。

试验二：本试验为一种gh3536镍基高温合金的半固态坯料的制备方法，具体是按以下步骤进行的：

一、确定gh3536镍基高温合金的固相线和液相线：利用示差扫描量热法确定变形gh3536高温合金的固相线为1302℃，液相线为1385℃，所以变形gh3536镍基高温合金的半固态温度区间为1302℃～1385℃；

二、将变形gh3536高温合金棒材根据需要切割成预制坯；

三、将真空气氛电阻炉升温至900℃进行预热，将步骤二中切割好的预制坯放到预热好的真空气氛电阻炉中，将真空气氛电阻炉抽真空至0.1pa，然后充氩气至0.1mpa，在升温速率为15℃/min的条件下升温至1367℃，并在1367℃保温90min；

四、将保温后的坯料取出，快速移至水中淬火冷却到室温后即得到gh3536高温合金半固态坯料。

图4是试验一制备的gh3536高温合金半固态坯料的光学显微镜照片，从照片中可以看出晶粒尺寸为237.6μm，圆整度为0.831，液相分数为0.5。

图5是试验二制备的gh3536高温合金半固态坯料的光学显微镜照片，从照片中可以看出晶粒尺寸为240.6μm，圆整度为0.739，液相分数为0.6。