[发明专利]超级合金部件的热处理方法和合金部件

说明书

技术领域

本发明涉及部件的热处理方法，特别是涉及涡轮盘、压缩机盘、涡轮盖 板、压缩机鼓轮或压缩机锥体的热处理方法。

背景技术

用于燃气涡轮发动机的镍超级合金部件或制件，例如盘，在热机械成 形为部件或制件形状(例如，盘形)之后经历简单的热处理。正常来说， 这是在γ′固溶线以上(超固溶线)或者γ′固溶线以下(次固溶线) 的温度下进行的单一阶段的等温固溶热处理，其后跟随着在某些介质(例 如空气或油)中的淬火。γ′固溶线是这种性质的合金中的临界温度。γ′ 固溶线之下的固溶热处理会导致细晶微结构，其中金属间化合物强化相 γ′呈三态分布，称为第一、第二和第三γ′。γ′固溶线之上的固溶 热处理会使晶界上存在的第一γ′溶解，并允许晶粒粗化，以产生粗晶 结构和两态的γ′分布，即，第二和第三γ′。

然后在固溶热处理之后进行较低温度时效，以减轻由于淬火所致的残 余应力并且净化主强化沉积物以获得最佳机械特性。单一固溶热处理温度 会导致具有均匀晶粒结构的部件，例如盘，所述晶粒结构在次固溶线热处 理时为细晶结构或在超固溶线热处理时为粗晶结构，因而导致机械特性、 性能上的折衷，即，负责抗高温蠕变和疲劳裂纹生长的粗晶或负责抗低温 低周疲劳和拉伸强度的细晶。

已知的是，为镍超级合金部件(例如盘)提供更复杂的热处理，这是 双微结构热处理，其会导致在部件(盘)中形成双微结构。双微结构优化 部件(例如盘)不同区域中的微结构，该优化是基于使用中该部件的那个 区域最重要的特性而进行的，例如，在盘的毂或孔中形成细晶结构，在盘 的边缘中形成粗晶结构。在这种方法中，部件在固溶热处理过程中经受温 度梯度。盘的边缘暴露于γ′固溶线以上的温度，而盘的毂或孔保持在 γ′固溶线以下的温度处。

US6610110公开了一种对镍超级合金盘进行热处理的方法，其包括： 将热垫片、散热体放置在盘的毂上；除了盘的边缘之外，将热障和盘封装 在壳内，并在壳内提供绝缘件；将盘、热障、壳和绝缘件形成的组件放置 于温度在γ′固溶线温度以上的炉中。盘的边缘比盘的绝缘毂以更快速 率加热。盘的边缘达到γ′固溶线温度以上的温度以粗化盘的边缘中的 微结构。热障之一中嵌入热电偶，当热电偶达到预定温度时移除所述组件。 盘具有32cm的直径，在毂处具有5cm的轴向宽度和在边缘处具有2.5cm 的轴向宽度。

采用这种方法的问题在于，在更大燃气涡轮发动机上所使用的盘具有 大得多的直径并具有大得多的轴向宽度，特别是在盘的毂处。这些盘的毂 的更大尺寸和更大热质量可导致毂的近表面区域达到平衡温度，而毂的中 心区域达到低得多的温度，例如低几百摄氏度。毂的中心区域可能在所需 的次固溶线固溶热处理温度以下，并处于时效热处理条件下。盘的毂获得 显著低于γ′固溶线的温度的效果在于，如果温度过低则会快速粗化 γ′沉积物，或者如果温度对于时效而言过高并且对于固溶热处理而言过 低则会溶解γ′沉积物。这将会导致形成具有过度时效的孔的盘并导致 机械特性显著降低，从而丧失了双微结构热处理的益处。

发明内容

因此，本发明力求提供新的对超级合金部件进行热处理的方法，其减 少且优选地克服了上述问题。

因此，本发明提供一种对超级合金部件进行热处理的方法，包括以下 步骤：

a)将所述部件放置在炉中，并在γ′固溶线温度以下的温度下对所 述部件进行固溶热处理，从而在所述部件中形成细晶结构；

b)将所述部件冷却至环境温度；

c)在所述部件的至少一个第一预定区域之上放置绝缘件，并使所述 部件的至少一个第二预定区域不被绝缘，从而形成绝缘组件；

d)将所述部件和所述绝缘件形成的绝缘组件放置于温度在γ′固溶 线温度以下的炉中；

e)使所述绝缘组件保持在γ′固溶线温度以下的温度下，持续预定 时间，以在所述部件中实现均匀的温度；

f)使所述炉中的温度以预定速率增加至γ′固溶线温度以上的温 度，从而基本在所述部件的第一区域中保持细晶结构，基本在所述部件的 第二区域中形成粗晶结构，并且在位于所述部件的第一区域与第二区域之 间的第三区域中形成过渡结构；

g)当所述部件的第二区域在γ′固溶线温度以上已持续了预定时间 和/或所述部件的第一区域已达到预定温度时，从所述炉中移除所述绝缘 组件；和

h)将所述部件冷却至环境温度。