[发明专利]一种高塑性镍基合金的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种高塑性镍基合金的热处理工艺。

背景技术

镍基合金具有高使用温度、高蠕变性能、高持久性能、高抗高温氧化性能等一系列优点，广泛应用于航空发动机、燃气轮机等领域。镍基粉末合金是一种新型的合金，相比于传统的铸锻合金，其具有无宏观偏析、晶粒细小、组织均匀、成本低等一系列优点，并且可以制造一些热加工性差的合金，目前已经成为航空航天发动机关键热端部件的必选材料，包括NASA、GE、P&W、Rolls-Royce等在内的知名机构和企业都在进行先进粉末高温合金的研制。目前世界上最先进的军机和民机，如A320、A330、B777、B787、F35等，无一例外在关键热端部件上选用了镍基粉末合金。因此，如何能制备出性能优良的镍基粉末合金非常重要。

虽然镍基粉末合金具有很多优势，但是一直以来都有三个主要的问题困扰着合金的开发者：热诱导孔洞、粉末原始颗粒边界以及非金属夹杂。这三种缺陷的存在，往往在宏观力学性能中表现出来，具有这三种缺陷的合金是致命的。国内外科研工作者经过了数十年的探索，仍未能很好地解决这一难题。其中重要的一个环节就是热处理工艺的改善。

镍基粉末合金传统的热处理工艺为固溶处理+时效处理。其中固溶温度的选择一般以γ′相固溶温度为基准，一般热处理温度范围在γ′相固溶温度之下30℃到γ′相固溶温度之上30℃范围内。而碳化物的析出温度作为时效温度的选择依据。对于本发明涉及的Ni-Co-Cr型高温合金，采用的传统的工艺是：固溶温度为1210℃（γ′相固溶温度以上25℃），时效温度为870℃（M₆C碳化物的析出温度）。但是采用这种制度制备的合金，强度往往可以达到要求，但是塑性偏低，仅仅是略高于最低标准。这种情况限制了合金在部分关键场合的使用。目前国内外研究人员开展的相关改进研究中，获得材料的塑性大都集中在20%左右，这是不能满足合金的高需求的。并且传统的工艺热处理时间很长，完成一个热处理制度往往需要40~45小时，不利于工业生产。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高塑性镍基合金的热处理工艺，解决了Ni-Co-Cr型镍基粉末合金塑性差的缺点，与现有的数据相比，可以使该合金延伸率上升35~40%，断面收缩率上升30~35%；本发明不影响合金的强度；与传统工艺相比，改进后的热处理制度时常由43小时缩短至25小时，降低了成本，更加适合工业化生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高塑性镍基合金的热处理工艺，包括以下步骤：

1）按照以下质量百分比配制镍基粉末合金：Co：15~16.5%，Cr：8~10%，Al：4.8~5.3%，Ti：1.6~2%，W：5.2~5.9%，Mo：3.5~4.2%，Nb：2.4~2.8，C：0.02~0.06%，Hf：0.1~0.4%，B<0.015%，Ni为余量；

2）上述镍基粉末合金采用固溶和时效工艺处理，镍基粉末合金经真空感应熔炼和电渣重熔，得到合金棒材，采用PREP制粉设备加工为金属粉末，之后将其装入包套，进行热等静压成形；

3）将步骤2）得到的热等静压件进行固溶和时效热处理：

在1040~1080℃的马弗炉中保温1~5小时，之后取出空冷至室温，在750~850℃内进行时效，时效时长6~12小时；以0.3~1℃/min的速率降温至600~700℃，保温6~12小时，整个热处理时长<30小时。

本发明的有益效果是：

通过本发明制备的镍基粉末合金，抗拉强度可以达到1465~1500MPa，屈服强度达到965~1000MPa，延伸率达到25.5~29%，断面收缩率达到26~30%。与传统固溶时效处理工艺相比，抗拉强度下降2%，断后伸长率提高约40%，断面收缩率提高约35%。

经过本发明的镍基粉末合金，强度略微提升，塑性则得到了很大的提高，可以满足很多场合的要求。同时，可以在一定范围内调整热处理参数，经过调整的热处理工艺时间减少18~23小时，有效提高了生产效率，降低了企业的生产成本，适合工业化生产，在航空航天、石油化工领域都有实用价值。

附图说明

图1为本发明该合金的组织（×100）图。

图2为本发明该合金的组织（×200）图。

图3为常规工艺下合金的组织（×200）图。

图4为本发明的工艺曲线图。

具体实施方式