GH625合金性能强化方法与流程

本发明涉及高温合金制备技术领域，特别涉及一种gh625合金性能强化方法。

背景技术：

镍基高温合金因其在高温下具有很高的抗疲劳强度、抗拉强度、屈服强度、抗氧化性和抗腐蚀性，成为航空发动机中不可或缺的一类关键材料，在工业汽轮机、核工业等领域也应用广泛。gh625具有优良的耐腐蚀性和抗氧化性，从低温到980℃均具有良好的拉伸性能和抗疲劳性能，并且耐盐雾气氛下的应力腐蚀，因此可广泛用于制造航空发动机零部件、宇航结构部件和化工设备。

传统的gh625合金多采用铸造或锻造的方法制成毛坯，再经过机械加工及热处理形成零件产品，这种零件产品的微观组织结构为常见的铸造或变形组织，具有一定的方向性，且gh625合金在550-700℃长期使用后会出现一定的实效硬化现象而导致合金塑性下降，从而限制了零件产品的使用寿命，因此，亟需找到一种能够强化gh625合金性能的方法。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种gh625合金性能强化方法，旨在解决传统的gh625合金性能低的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种gh625合金性能强化方法，所述gh625合金性能强化方法包括以下步骤：

向gh625合金粉末中加入强化元素粉末，混合形成混合物料；

采用选区激光熔化成形的方法处理所述混合物料以形成毛坯；

将所述毛坯进行热处理，得强化合金。

可选地，所述向gh625合金粉末中加入强化元素粉末，混合形成混合物料的步骤中，

所述gh625合金粉末为球形形貌；和/或，

所述gh625合金粉末的粒径为10～80um。

可选地，所述向gh625合金粉末中加入强化元素粉末，混合形成混合物料的步骤中，

所述强化元素粉末在所述混合物料中的质量分数为1～3％；和/或，

所述强化元素粉末的粒径为1～10um。

可选地，所述向gh625合金粉末中加入强化元素粉末，混合形成混合物料的步骤中，所述强化元素粉末为ti粉和al粉中的一种或两种。

可选地，所述强化元素粉末为ti粉和al粉的混合物时，所述混合物中，ti粉和al粉的质量比为(1～3)：1。

可选地，所述向gh625合金粉末中加入强化元素粉末，混合形成混合物料的步骤包括：

向gh625合金粉末中加入强化元素粉末，通过三维运动重力混合的方式混合20～50h以形成混合物料。

可选地，所述向gh625合金粉末中加入强化元素粉末，混合形成混合物料的步骤包括：

向gh625合金粉末中加入强化元素粉末，送入球磨机中球磨混料处理8～20h以形成混合物料，其中，球料比为(5～15)：1，所述球磨机的转速为400～500r/min。

可选地，所述采用选区激光熔化成形的方法处理所述混合物料以形成毛坯的步骤中，所述选区激光熔化成形时的工艺参数为：输出功率为100～1000w，扫描速度为300～6000mm/s，层厚为0.03～0.1um，扫描间隔为0.05～0.4mm。

可选地，所述将所述毛坯进行热处理，得强化合金的步骤包括：

在氩气保护下，将所述毛坯置于热处理装置中，以2.2～3.8℃/min加热速率升温至200～800℃，保温2～25h后，空冷至20～30℃，得强化合金。

本发明技术方案中，通过采用选区激光熔化技术处理混合物料，让金属粉末经历瞬间熔化和凝固，组织结构更细小，形成的毛坯具有高致密度、高性能；同时添加强化元素粉末与gh625合金粉末混合，改变了原料粉末中各元素的质量比，从而使其在后续的热处理工序时只需要较低的处理温度，避免了高温破坏毛坯的细晶组织而降低强化合金的性能，且该强化元素粉末在热处理时可以与镍元素形成沉淀强化相析出，既不会破坏细晶组织结构，又起到了进一步强化合金的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提出的gh625合金性能强化方法的一实施例的流程示意图；

图2为gh625合金粉末的粒形图；

图3为毛坯的电镜扫描图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。

传统的gh625合金多采用铸造或锻造的方法制成毛坯，再经过机械加工及热处理形成零件产品，这种零件产品的微观组织结构为常见的铸造或变形组织，具有一定的方向性，且gh625合金在550-700℃长期使用后会出现一定的实效硬化现象而导致合金塑性下降，从而限制了零件产品的使用寿命，因此，亟需找到一种能够强化gh625合金性能的方法。

鉴于此，本发明提出gh625合金性能强化方法，采用该方法可以制备出一种高性能的合金产品。图1为本发明提出gh625合金性能强化方法的一实施例的流程示意图，请参阅图1，所述gh625合金性能强化方法的制备方法包括以下步骤：

步骤s10、向gh625合金粉末中加入强化元素粉末，混合形成混合物料。

本实施例中，通过在gh625合金粉末中简单添加强化元素粉末以进一步增强合金的强度和性能。

gh62合金是以mo、nb为主要强化元素的固溶强化镍基变性合金，在943k以下有良好的持久性能、疲劳性能、抗氧化和抗腐蚀性能，具有如图2所示的微观形貌结构。为提高gh625合金与强化元素的混合效果、降低后续工序的加工难度，本实施例中，采用gh625合金粉末，且在选材上，gh625合金粉末优选具有球形形貌的合金粉末，其粒径优选为10～80um，如此，可以使gh625合金粉末与强化元素粉末充分混匀，从而使其在经历选区激光熔化成形和热处理时分散均匀以确保形成的合金具有均一的强化结构，同时在经历选区激光熔化成形后形成的组织具有较小的细度。在具体实施时，可以将gh625合金置于球磨机中球磨成符合要求的金属粉末。

本实施例中，强化元素粉末为ti粉和al粉中的一种或两种，例如，可以是单一的ti粉，可以是单一的al粉，也可以是ti粉和al粉的混合物。当其为ti粉和al粉的混合物时，所述混合物中，ti粉和al粉的质量比为(1～3)：1，即可以为1:1、1.2:1、2:1、3:1、2.5:1等。此外，为确保混合效果以及热处理时的强化效果，在添加强化元素粉末时，需要对强化元素粉末的添加量以及粒径加以控制，本实施例中，所述强化元素粉末在所述混合物料中的质量分数为1～3％；所述强化元素粉末的粒径为1～10um。

已知gh625合金中的强化相主要为γ"(ni3nb)，这是一种具有体心四方有序结构的亚稳定相，呈圆盘状在基体中弥散共格析出，但该相的温度稳定性不高，在长期时效或长期应用期间，会向δ相转变，从而导致合金的强度下降。本发明的技术方案中，通过添加强化元素粉末以改变混合物料的各组分的质量比，从而改变了混合物料经历后续步骤s20、s30时的强化机制，使γ′(ni3(al、ti))成为次级强化相，该强化相具有更稳定的热力学性质，从而使强化合金具有更持久的强化性能。

此外，gh625合金粉末与强化元素粉末的混合方式可以有多种，例如，机械搅拌混合、研磨混合、球磨混合等。本发明性能强化方法的一实施例中，采用三维运动重力混合的方式进行混合，混合时间为20～50h。三维运动重力混合的混合桶体具有多方向的运动，这就使得桶体内的物料交叉混合点多，混合效果好，均匀度可达99.9％以上，且混合时间短，效率高。本发明性能强化方法的另一实施例中，采用球磨混料处理的方式进行混合，球磨混料时间为8～20h。球磨混料处理时，利用下落的研磨体(如钢球、鹅卵石等)的冲击作用以及研磨体与球磨内壁的研磨作用而将物料粉碎并混合，既可以使物料迅速混合均匀，又能进一步降低物料粒径。本实施例中，在采用球磨混料处理时，球磨机的工艺参数可以设定为：球料比为(5～15)：1；所述球磨机的转速为400～500r/min。

步骤s20、采用选区激光熔化成形的方法处理所述混合物料以形成毛坯。

选区激光熔化成形技术能直接快速制造任意复杂形状的金属零件，代表了当前快速成型技术的最新发展方向。选区激光熔化成形技术能在瞬间达到2000°以上高温，使金属粉末在瞬间熔化和凝结，从而可以形成组织结构细小的细晶组织，从而使得形成的毛坯具有高致密度、高性能。

具体实施时，所述选区激光熔化成形时的工艺参数为：输出功率为100～1000w，扫描速度为300～6000mm/s，层厚为0.03～0.1um，扫描间隔为0.05～0.4mm。

由于选区激光熔化成形时，其熔化温度能在瞬间达到2000°以上，这就使得快速凝固后，凝固相处于过饱和状态，同样地，由于在原料中添加强化元素粉末，从而在后续的成形合金化中，增加了基体中此两种元素的过饱和度，如此在后续的热处理过程中，仅仅需要较低的引发温度就可以导致γ′(ni3(al、ti))相的沉淀析出，从而避免了高温破坏毛坯的细晶组织而降低强化合金的性能。

步骤s30、将所述毛坯进行热处理，得强化合金。

在形成毛坯后进行热处理，可以进一步强化合金，提升合金的性能。但选区激光熔化成形的优点就在于快速形成致密度高的凝固细晶组织，从而使合金具有高致密度、高性能。而高温热处理会破坏掉这一细晶组织结构，反而降低合金性能。本发明技术方案中，通过添加强化元素粉末降低了热处理的引发温度，从而避免了高温破坏毛坯的细晶组织而降低强化合金的性能。

在具体实施时，步骤s30可以包括：在氩气保护下，将所述毛坯置于热处理装置中，以2.2～3.8℃/min加热速率升温至200～800℃，保温2～25h后，空冷至20～30℃，得强化合金。该强化合金具有如图3所示的微观形貌，从图3中可以看出，该强化合金具有细晶组织。

通过低温程序升温，使得γ′(ni3(al、ti))相的沉淀析出，产生强化金属间化合物相γ′(ni3(al、ti))。且由于添加的强化元素粉末具有极小的粒径，且在混合物料中充分分散，这就使得强化金属间化合物相γ′(ni3(al、ti))在析出时可以均匀分散且不会破坏细晶组织结构，使细晶组织结构与强化相共存，从而起到了进一步强化合金的作用。

以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

向粒径为15～45um的gh625合金粉末(具有球形形貌)中加入粒径为1～10um的al粉，并使al粉在混合物料中的质量分数为1.2％。然后通过三维运动重力混合的方式混合25h以形成混合物料。

将混合物料送入选区激光熔化成形机中形成毛坯。其中，选区激光熔化成形机的工艺参数设置为：输出功率为180w，扫描速度为1200mm/s，层厚为0.04um，扫描间隔为0.09mm。

在氩气保护下，将毛坯置于热处理装置中，以2.2℃/min加热速率升温至750℃，保温20h后，空冷至20～30℃，得强化合金。

实施例2

向粒径为10～38um的gh625合金粉末(具有球形形貌)中加入粒径为1～10um的ti粉，并使ti粉在混合物料中的质量分数为1.5％。然后通过三维运动重力混合的方式混合30h以形成混合物料。

将混合物料送入选区激光熔化成形机中形成毛坯。其中，选区激光熔化成形机的工艺参数设置为：输出功率为160w，扫描速度为900mm/s，层厚为0.03um，扫描间隔为0.06mm。

在氩气保护下，将毛坯置于热处理装置中，以3.8℃/min加热速率升温至800℃，保温16h后，空冷至20～30℃，得强化合金。

实施例3

向粒径为10～80um的gh625合金粉末(具有球形形貌)中加入粒径为1～10um的ti粉和al粉的混合物(ti粉和al粉的质量比为2：1)，并使ti粉和al粉的混合物在混合物料中的质量分数为1％。然后通过三维运动重力混合的方式混合20h以形成混合物料。

将混合物料送入选区激光熔化成形机中形成毛坯。其中，选区激光熔化成形机的工艺参数设置为：输出功率为100w，扫描速度为6000mm/s，层厚为0.03um，扫描间隔为0.05mm。

在氩气保护下，将毛坯置于热处理装置中，以2.5℃/min加热速率升温至700℃，保温2h后，空冷至20～30℃，得强化合金。

实施例4

向粒径为42～70um的gh625合金粉末(具有球形形貌)中加入粒径为1～10um的ti粉和al粉的混合物(ti粉和al粉的质量比为3：1)，并使ti粉和al粉的混合物在混合物料中的质量分数为3％。然后通过三维运动重力混合的方式混合50h以形成混合物料。

将混合物料送入选区激光熔化成形机中形成毛坯。其中，选区激光熔化成形机的工艺参数设置为：输出功率为1000w，扫描速度为300mm/s，层厚为0.1um，扫描间隔为0.4mm。

在氩气保护下，将毛坯置于热处理装置中，以3℃/min加热速率升温至200℃，保温25h后，空冷至20～30℃，得强化合金。

实施例5

向粒径为10～80um的gh625合金粉末(具有球形形貌)中加入粒径为1～10um的al粉，并使al粉在混合物料中的质量分数为1％。然后送入球磨机中球磨混料处理20h以形成混合物料，其中，球料比为15：1，所述球磨机的转速为400r/min。

将混合物料送入选区激光熔化成形机中形成毛坯。其中，选区激光熔化成形机的工艺参数设置为：输出功率为100w，扫描速度为300mm/s，层厚为0.1um，扫描间隔为0.4mm。

在氩气保护下，将毛坯置于热处理装置中，以2.2℃/min加热速率升温至800℃，保温2h后，空冷至20～30℃，得强化合金。

实施例6

向粒径为35～80um的gh625合金粉末(具有球形形貌)中加入粒径为1～10um的ti粉和al粉的混合物(ti粉和al粉的质量比为2：1)，并使ti粉和al粉的混合物在混合物料中的质量分数为3％。然后送入球磨机中球磨混料处理8h以形成混合物料，其中，球料比为5：1，所述球磨机的转速为500r/min。

将混合物料送入选区激光熔化成形机中形成毛坯。其中，选区激光熔化成形机的工艺参数设置为：输出功率为1000w，扫描速度为6000mm/s，层厚为0.03um，扫描间隔为0.05mm。

在氩气保护下，将毛坯置于热处理装置中，以2.5℃/min加热速率升温至500℃，保温16h后，空冷至20～30℃，得强化合金。

实施例7

向粒径为29～60um的gh625合金粉末(具有球形形貌)中加入粒径为1～10um的ti粉和al粉的混合物(ti粉和al粉的质量比为1：1)，并使ti粉和al粉的混合物在混合物料中的质量分数为1.5％。然后送入球磨机中球磨混料处理16h以形成混合物料，其中，球料比为10：1，所述球磨机的转速为450r/min。

将混合物料送入选区激光熔化成形机中形成毛坯。其中，选区激光熔化成形机的工艺参数设置为：输出功率为800w，扫描速度为800mm/s，层厚为0.05um，扫描间隔为0.3mm。

在氩气保护下，将毛坯置于热处理装置中，以2.8℃/min加热速率升温至600℃，保温21h后，空冷至20～30℃，得强化合金。

实施例8

向粒径为10～30um的gh625合金粉末(具有球形形貌)中加入粒径为1～10um的ti粉和al粉的混合物(ti粉和al粉的质量比为3：1)，并使ti粉和al粉的混合物在混合物料中的质量分数为2.5％。然后送入球磨机中球磨混料处理10h以形成混合物料，其中，球料比为8：1，所述球磨机的转速为480r/min。

将混合物料送入选区激光熔化成形机中形成毛坯。其中，选区激光熔化成形机的工艺参数设置为：输出功率为500w，扫描速度为2000mm/s，层厚为0.08um，扫描间隔为0.08mm。

在氩气保护下，将毛坯置于热处理装置中，以3℃/min加热速率升温至700℃，保温25h后，空冷至20～30℃，得强化合金。

实施例9

向粒径为12～44um的gh625合金粉末(具有球形形貌)中加入粒径为1～10um的ti粉，并使ti粉在混合物料中的质量分数为2.2％。然后送入球磨机中球磨混料处理13h以形成混合物料，其中，球料比为12：1，所述球磨机的转速为480r/min。

将混合物料送入选区激光熔化成形机中形成毛坯。其中，选区激光熔化成形机的工艺参数设置为：输出功率为700w，扫描速度为1000mm/s，层厚为0.06um，扫描间隔为0.1mm。

在氩气保护下，将毛坯置于热处理装置中，以3.8℃/min加热速率升温至200℃，保温20h后，空冷至20～30℃，得强化合金。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。