[发明专利]增材制造单晶镍基高温合金的多台阶回复热处理方法

说明书

本发明公开了一种增材制造单晶镍基高温合金的多台阶回复热处理方法，方法包括以下步骤：清理增材制造单晶镍基高温合金在增材制造工艺中引入的表面杂晶层，确定增材制造单晶镍基高温合金在室温下γ′相体积分数，γ′相体积分数为室温下γ′相体积分数的第一百分比所对应的温度值作为台阶一温度，并在所述台阶一温度下保温第一时长，将γ′相体积分数减少第二百分比所对应的温度作为台阶二温度，在所述台阶二温度下保温第二时长，持续循环直到升温到γ′相体积分数到达第三百分比所对应的温度区间，在其台阶温度下保温第M时长，M为自然数，台阶回复热处理后的增材制造单晶镍基高温合金进行标准热处理得到单晶镍基高温合金。

技术领域

本发明属于金属热处理技术领域，特别是一种增材制造单晶镍基高温合金的多台阶回复热处理方法。

背景技术

镍基高温合金的发展历史是从最早的变形高温合金到20世纪40年代的铸造高温合金，铸造高温合金由于允许在合金中添加各种合金化元素的成形工艺特点，大大提高了合金的综合性能。在铸造高温合金发展的近80年中，先后发展出了等轴晶高温合金、定向凝固柱晶高温合金及单晶高温合金。单晶高温合金由于完全消除了晶界的影响，尤其是垂直于加载方向的横向晶界，拥有极佳的综合力学性能，相比于等轴晶高温合金，其在高温蠕变条件下不论是延伸率还是发生断裂的时间，都提升了接近8倍。

单晶涡轮叶片成分复杂，制造工艺过程控制较难，产品合格率较低，存在的主要问题是再结晶、雀斑、表层凝固缩孔、有害相析出、内部流道和气膜孔加工不合格等。另外，涡轮叶片在使用过程中不可避免承受高周疲劳、蠕变伸长、环境与热应力复合等因素影响，存在磨损、叶尖纵向裂纹、高温烧蚀、腐蚀等问题。对于对仅存在微小加工缺陷、叶尖部分磨损/裂纹的叶片如果全部采用新叶片替换，将造成极大的浪费，经济上也将难以承受。若能在单晶叶片叶尖磨损部位、叶身烧蚀区域实现修复与再加工，恢复其组织与外形，使叶片具备再次使用的能力，将具有重大意义。国内外大量研究表明，采用激光、电子束等热源进行单晶合金叶片叶尖熔覆修复是可行的技术手段，但仍有大量基础科学问题亟需解决。如果可以利用增材制造工艺对单晶零件进行修复以达到使用要求，这对于提高资源利用率和节约成本都有重要意义。

虽然激光增材制造拥有功率密度大、高熔深比、高焊接速率、低热输入等诸多相较于传统束流的优势。在增材制造的过程中，由于工艺的制定难免还是会向单晶叶片中输入较大的热能，在后续的冷却过程中造成热影响区内残余应力集中，而残余应力集中使得单晶叶片在后续的固溶热处理中形成再结晶组织。再结晶组织对单晶叶片来说是灾难性的，横向晶界的引入使得叶片在高温下力学性能数倍的降低。对于飞机发动机而言，轻则影响发动机的功率输出和运行稳定性；重则导致发动机停车，其后果是难以估量的。

要降低再结晶发生的可能性，必须要降低因增材制造工艺引入进单晶叶片中的残余应力。对于激光增材制造的单晶镍基高温合金，由于冷却速度快，其枝晶干和枝晶间不但宽度下降，偏析程度也会降低，这会使高温合金的固溶线向低温方向移动。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

增材制造得到的单晶镍基高温合金样品由于热输入的原因，导致其在后续必要的固溶热处理中样品的热影响区极易出现再结晶组织。再结晶对于需要服役在高温环境下的单晶叶片来说危害极大，是要在生产中极力避免的。基于这一背景，针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种增材制造单晶镍基高温合金多台阶回复热处理工艺方法，可以最大程度上使经过增材制造后残留在单晶镍基高温合金中的残余应力得到松弛，经过该工艺方法处理的增材制造单晶镍基高温合金样品，其内部的残余应力会降低到较低水平，确保在后续的标准热处理过程中不再出现再结晶。通过此方法可以显著改善合金的组织与性能、降低废品率。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种增材制造单晶镍基高温合金的多台阶回复热处理方法包括以下步骤：