本发明涉及增材制造,尤其涉及一种增材制造用镍基高温合金的热处理方法。
背景技术:
1、gh4169合金是一种沉淀强化型镍基高温合金,其作为航空发动机领域的核心材料,长期服役温度可达650°c,且具有良好的耐蚀性、焊接性、抗氧化性及高温力学性能,广泛应用于涡轮盘、叶片、机匣、轴类等关键承力部件。随着航空装备轻量化与结构复杂化需求的提升,以激光选区熔化成形为代表的增材制造技术因其近净成形能力,成为传统铸锻工艺的重要补充。激光选区熔化技术(slm)采用高能激光束逐层逐道熔化金属粉末,因此,其制备的gh4169合金显微组织表现出多级多尺度的特点,与传统铸锻组织的均质性存在本质差异,这使得基于均质化组织设计的传统热处理制度难以充分发挥合金力学性能潜力。
2、目前gh4169合金常用的热处理制度为astm 5662~astm 5664,其在均匀化热处理过程中主要采用空冷的冷却方式,冷速较慢,导致晶界处laves相(富nb脆性相)未能充分溶解,偏聚形成连续条带状结构,严重阻碍晶界滑移;并且保温时间较短,无法完全消除slm残余应力及成分偏析,再结晶程度低,各向异性显著,使得合金强度-塑性失衡,尤其是垂直于打印方向拉伸塑性相对锻件较低,严重限制增材制造高温合金在航空发动机承力部件中的应用。有部分研究通过对slm-gh4169合金析出相进行调整来提高合金的塑性,也有部分研究通过优化热处理参数来获得均匀的晶粒结构。但上述方案均未能协同调整晶粒结构和析出相,依然无法满足航空航天领域对gh4169合金的高性能要求。因此,研究一种能够同步提升增材制造镍基高温合金强度与塑性的热处理方法具有重要意义。
技术实现思路
1、针对上述问题,本发明提供了一种增材制造用镍基高温合金的热处理方法,通过增加均匀化退火处理时长,结合水淬冷却方式,配合双级时效,达到同时调控slm-gh4169合金的晶粒组织与析出相的效果,实现强度与塑性的协同提升。
2、为解决上述技术问题,第一方面,本发明提供一种增材制造用镍基高温合金的热处理方法,包括以下步骤;
3、s1.采用激光选区熔化工艺制备镍基高温合金成形件;
4、s2.将所述成形件于1000℃~1200℃下进行均匀化退火处理,处理时间1~5h;
5、s3.将经均匀化退火处理后的成形件进行水淬处理冷却至室温;
6、s4.将经水淬处理后的成形件于700℃~800℃下进行一级时效处理,之后冷却至600℃~700℃进行二级时效处理,随后空冷至室温。
7、针对激光选区熔化制备的镍基高温合金(slm-gh4169)的多级显微组织特点,本发明通过延长均匀化热处理时间,采用水淬方式增加冷却速度,充分消除残余应力及成分偏析,促进完全再结晶,提升等轴晶比例,有效消除晶界条带状laves相;配合双极时效处理精准调控slm-gh4169合金的晶粒组织与析出相,激发高密度纳米级γ’’强化相,在保证合金强度的前提下提高合金的塑性,成功实现合金的强度与塑性的协同提升,使得slm-gh4169合金在抗拉强度达到1400mpa的同时,断裂延伸率达到22%以上。
8、优选的,步骤s2中,所述均匀化退火处理的时间为2.5~4h。
9、优选的,步骤s3中,所述水淬处理的降温速率为100~120℃/s。
10、优选的,步骤s4中,所述一级时效处理的保温时间为8~10h。
11、优选的,步骤s4中,所述二级时效处理的保温时间为8~10h。
12、优选的,步骤s4中,所述冷却的降温速率为50~60℃/h。
13、优选的,所述镍基高温合金为gh4169合金。
14、优选的,所述镍基高温合金成形件的化学成分为:
15、ni:50.0wt%~55.0wt%、cr:17.0wt%~21.0wt%、mo:2.80wt%~3.30wt%、nb:4.75wt%~5.5wt%、mn≤0.35wt%、si≤0.35wt%、ti:0.65wt%~1.15wt%、al:0.20wt%~0.80wt%,余量为fe。
16、第二方面,本发明提供一种增材制造用镍基高温合金,由上述增材制造用镍基高温合金的热处理方法制备得到。
17、第三方面,本发明提供上述增材制造用镍基高温合金在航空航天领域中的应用。
18、与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
19、本发明基于slm-gh4169多级显微组织特点,提出了一种新的热处理方法,通过增加均匀化热处理时长,结合水淬冷却方式,配合双级时效,同时调控slm-gh4169合金的晶粒组织与析出相,成功实现了合金的强度与塑性协同提升。制得的slm-gh4169合金不仅抗拉强度能够达到1400mpa,且断裂延伸率还能够达到22%以上,为基于激光选区熔化成形合金显微组织特点,设计个性化热处理制度,实现合金强塑协同提升提供理论指导。
1.一种增材制造用镍基高温合金的热处理方法,其特征在于,包括以下步骤;
2.如权利要求1所述的增材制造用镍基高温合金的热处理方法,其特征在于,步骤s2中,所述均匀化退火处理的时间为2.5~4h。
3.如权利要求1所述的增材制造用镍基高温合金的热处理方法,其特征在于,步骤s3中,所述水淬处理的降温速率为100~120℃/s。
4.如权利要求1所述的增材制造用镍基高温合金的热处理方法,其特征在于,步骤s4中,所述一级时效处理的保温时间为8~10h。
5.如权利要求1所述的增材制造用镍基高温合金的热处理方法,其特征在于,步骤s4中,所述二级时效处理的保温时间为8~10h。
6.如权利要求1所述的增材制造用镍基高温合金的热处理方法,其特征在于,步骤s4中,所述冷却的降温速率为50~60℃/h。
7.如权利要求1所述的增材制造用镍基高温合金的热处理方法,其特征在于,所述镍基高温合金为gh4169合金。
8.如权利要求1所述的增材制造用镍基高温合金的热处理方法,其特征在于,所述镍基高温合金成形件的化学成分为:
9.一种增材制造用镍基高温合金,其特征在于,由权利要求1~8任一项所述的增材制造用镍基高温合金的热处理方法制备得到。
10.权利要求9所述的增材制造用镍基高温合金在航空航天领域中的应用。