一种镍基高温合金的热处理工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及镍基合金技术领域，尤其涉及一种镍基高温合金的热处理工艺。
【背景技术】
[0002]镍基高温合金以其耐高温、耐高压、可焊性性好等优异的力学性能，被广泛应用于航空、船舶、核能、地面燃汽轮机、石油化工等领域，且随着世界上对镍基高温合金大型铸件的研发，其用量也不断增加。工业上通常采用热处理来改变镍基高温合金的金相组织，保证镍基高温合金金相组织中析出体积分数充足、析出颗粒尺寸合理的强化相-γ 〃(即:Ni3Nd)，从而达到增强镍基高温合金力学性能的目的。
[0003]目前镍基高温合金的热处理多采用合金手册上的标准热处理工艺和改进的热处理工艺。但是这些热处理工艺制度是针对变形的镍基高温合金制定的，而对于铸造的镍基高温合金和热等静压后的镍基高温合金存在局限性和一些问题，这主要是因为:铸造的镍基高温合金金相组织中含有富铌铸造偏析相，主要有富铌液析碳化物、Laves相和δ相等，其中富银液析碳化物只能通过变形打碎才能分解，而Laves相和δ相等富银铸造偏析相可以通过合理的热处理均匀化分解。对于变形的镍基高温合金，组织中富铌偏析物均能充分分解释放铌元素，所以按照标准热处理工艺，强化相-γ 〃能够充分发育。而对于热等静压后的镍基高温合金，与变形的镍基高温合金相比，组织中含有未被分解的富铌液析碳化物，这部分铌不能进入合金基体参与γ 〃的形成，因此采用针对变形的镍基高温合金制定的热处理制度处理热等静压后的镍基高温合金就会使γ 〃发育不全，进而导致力学性能大幅下降；而铸造的镍基高温合金未经过热等静压和变形处理，组织不如热等静压处理后镍基高温合金组织那么均匀，存在树枝晶偏析，因此采用标准热处理工艺后，还能在枝晶间偏析区析出部分充分发育的γ 〃，形成骨架强化，勉强达到合金技术规定的强度，但是远低于变形镍基高温合金经标准热处理制度后的力学性能。
[0004]因此本发明依据合金强化机理，提供一种新型的热处理工艺，能够处理铸造的镍基高温合金和热等静压后的镍基高温合金，在其保持塑性水平不降低或者仍保持在工程应用可以接受的水平上，使其强度大幅增加。
【发明内容】
[0005]鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种镍基高温合金的热处理工艺，用以解决现有热处理工艺对变形镍基高温合金针对性强，不适合处理铸造镍基高温合金和热等静压后的镍基高温合金的问题。
[0006]本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的:
[0007]本发明一种镍基高温合金的热处理工艺，包括均匀化处理、固溶处理和时效处理，其特征在于，具体为:
[0008]1)均匀化处理制度:温度为(1160?1195 °C )±10°C，保温时间为(1?36h) ±0.lh，然后炉冷或空冷至室温，使铸造镍基高温合金中成分均匀化，改善偏析；
[0009]2)固溶处理制度:温度为(935?995°C) ±10°C，保温时间为(0.5?15h) ±0.lh,以50?650°C /h的冷却速度冷却至600?655°C，然后空冷至室温，实现溶解基体内碳化物等过剩相，得到均匀的过饱和固溶体，便于时效处理获得适宜尺寸、分布均匀的强化相-γ//.，
[0010]3)时效处理制度分两段式:第一段处理温度为720 °C ±10°C，保温时间为8h±0.lh,然后以50?56 °C /h的冷却速度冷却至620 °C ;第二段处理温度为620°C ±10°C，保温时间为8h±0.lh，然后空冷至室温，尽可能的析出强化相-γ 〃，并进一步调整强化相的尺寸和分布。
[0011]进一步地，对于使用热等静压处理的镍基高温合金铸件，在所述均匀化处理前进行热等静压处理，所述热等静压处理制度为:温度为1160?1195°C，压力为100?200MPa，保温时间为(1?36h) ±0.lh，然后随炉冷却至300?400°C后开炉冷却至室温，热等静压能够消除铸件内部疏松和缩孔，改善铸件的内部质量。
[0012]进一步地，所述时效处理制度或为:第一段处理温度为760V ±10°C，保温时间为5h±0.lh，然后以50?56°C/h的冷却速度冷却至650°C;第二段处理温度为650°C ±10°C，保温时间为lh±0.lh，然后空冷至室温。
[0013]进一步地，大型复杂铸件在所述热处理工艺之前进行预均匀化处理，所述预均匀化处理制度为:温度为(1095?1165°C ) ±10°C，保温时间为1?15h，以克服大型复杂铸件在均匀化处理过程中改善偏析和成份均匀化不充分的问题。
[0014]进一步地，所述大型复杂铸件为:铸件最厚壁壁厚超过40mm，同时最薄壁厚小于3mm，并且除冒口和浇道外铸件本身重量超过10kg。
[0015]进一步地，所述预均匀化处理采用箱式电炉或其他热处理炉，在大气气氛下进行。
[0016]进一步地，所述固溶处理采用真空气淬炉、可以控制冷却速度的箱式电炉或其他可控制冷却速度的热处理炉。
[0017]进一步地，所述时效处理采用真空气淬炉、可以控制冷却速度的箱式电炉或其他可控制冷却速度的热处理炉。
[0018]进一步地，铸件进行所述热等静压处理前需处理表面的疏松和油污。
[0019]本发明所述镍基高温镍合金中高温是指600°C以上。
[0020]本发明有益效果如下:
[0021]1)本发明提供的一种镍基高温合金的热处理工艺通过提高均匀化温度和保温时间提高铸造镍基高温合金和热等静压的镍基高温合金中富铌偏析相的充分分解，使铌元素释放，从而使镍基高温合金中最大限度的充分发育强化相γ 〃，增加强化相γ 〃的析出体积分数；通过控制均匀化时间和温度、冷却速度来控制强化相γ 〃的尺寸过大、分布稀疏等问题，从合金的强化机理入手，从根本上提高镍基高温合金的力学性能。
[0022]2)本发明提供的一种镍基高温合金的热处理工艺通过合理的温度和保温时间、冷却速度，使合金中强化相γ 〃充分发育，突破了现有热处理制度针对变形镍基高温合金的局限性，广泛适用于铸造镍基高温合金和热等静压的镍基高温合金。
[0023]3)本发明提供的一种镍基高温合金的热处理工艺能够将普通铸件的力学性能提高30%?60%，达到同等条件下精铸试棒的力学性能要求。
[0024]本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书来实现和获得。
【具体实施方式】
[0025]以下结合具体实施例对本发明的热处理工艺做进一步说明。
[0026]本发明所述镍基高温镍合金中高温是指600°C以上。
[0027]对于非大型复杂铸件，热处理工艺步骤如下:
[0028]1)均匀化处理制度:采用箱式电炉或其他热处理炉，温度为(1160?1195°C ) ±10°C，保温时间为(1?36h) ±0.lh，然后炉冷或空冷至室温，使铸造镍基高温合金中成分均匀化，改善偏析，其中保温时间依据铸件的尺寸、形状和厚度决定，铸件尺寸越大、厚度越厚，需要的保温时间就越长；
[0029]2)固溶处理制度:采用真空气淬炉或其他可以控制冷却速度的热处理炉，温度为(935?995°C ) ±10°C，保温时间为(0.5?15h) ±0.lh,以50?650°C /h的冷却速度冷却至600?655°C，然后空冷至室温，实现溶解基体内碳化物等过剩相，得到均匀的过饱和固溶体，便于时效处理获得适宜尺寸、分布均匀的强化相-γ 〃，其中保温时间依据铸件的尺寸、形状和厚度决定，铸件尺寸越大、厚度越厚，需要的保温时间就越长；
[0030]3)时效处理制度分两段式:采用真空气淬炉或其他可以控制冷却速度的热处理炉，第一段处理温度为720°C ±10°C，保温时间为8h±0.lh，然后以50?56°C/h的冷却速度冷却至620°C;第二段处理温度为620°C ±10°C，保温时间为8h±0.lh，然后空冷至室温，尽可能的析出强化相-γ 〃，并进一步调整强化相的尺寸和分布。
[0031]其中时效处理制度还可以用以下时效热处理制度替代，具体为:
[0032]第一段处理温度为760°C ±10°C，保温时间为5h±0.lh，然后以50?56°C /h的冷却速度冷却至650°C ;第二段处理温度为650°C ±10°C，保温时间为lh±0.lh，然后空冷至室温。
[0033]对于使用热等静压处理的非大型复杂铸件，热处理步骤在均匀化处理前需进行热等静压处理，以消除铸件内部疏松和缩孔，改善铸件的内部质量，具体热等静压处理制度为:
[0034]将铸件表面的疏松和油污处理干净，然后进入热等静压炉中，温度为1160?1195°C，压力为100?200MPa，保温时间为(1?36h) ±0.lh，然后随炉冷却至300?400。。
后开炉冷却至室温。
[0035]对于铸