[发明专利]提升GH4738合金环件高温塑性的真空固溶及时效处理工艺

说明书

本发明涉及一种提升GH4738合金环件高温塑性的真空固溶及时效处理工艺，具体工艺包括：GH4738合金环件在压强不大于4×10^‑2Pa的真空环境下加热到1020‑1030℃，并保温30‑60min；之后通氮气冷却至室温；最后在740‑750℃时效处理30‑35h并取出空冷至室温。该方法能够实现GH4738合金环件热处理后晶粒内γ′相和晶界M₂₃C₆碳化物的均匀分布，处理后的合金环件540℃拉伸时伸长率为30％、面缩率为34％，分别较工艺优化之前提升25％、36％；760℃拉伸时伸长率为49％、面缩率为70％，分别较工艺优化之前提升32％、27％，且完全能够满足指标要求。该工艺适用于对热处理后高温塑性要求较高的GH4738合金环件。

技术领域

本发明属于镍基高温合金热处理的技术领域，具体涉及一种提升GH4738合金环件高温塑性的真空固溶及时效处理工艺。

背景技术

高温合金又被称为超合金，在高温环境下具有较高的强度、优异的抗腐蚀和抗氧化性能、良好的抗疲劳性能及组织稳定性，主要用于制造航空发动机以及燃气轮机上服役于高温端的重要零部件。GH4738是一种γ′相沉淀硬化型变形高温合金，由于具有大量的Co、Cr、Mo等合金化元素，其使用温度高达800-900℃。该合金的显著优点是高温下具有良好的成型性，是用于制作燃烧室用环件等具有复杂形状高温承力件的良好材料。在极端条件下服役的合金环件会同时承受高温、高应力以及强烈的震动，因此要求材料具有优异的高温塑性。此外，合金环件在生产过程中会涉及到高温变形，而GH4738合金的合金化程度较高，变形抗力大，可加工区域窄，控制不当会导致合金加工时开裂并使工件报废，因此对高温下合金的塑性提出了较高要求。

需要注意的是，GH4738合金力学性能的控制主要通过调节γ′相以及碳化物等析出相的尺寸和含量实现，其中晶粒内部主要利用Ni₃(Al,Ti)型面心立方结构的γ′相共格析出强化，晶界主要通过M₂₃C₆碳化物的析出实现晶界强化。合金高温塑性的高低由晶内和晶界析出相的分布特点共同决定。在合金加工过程中往往通过控制固溶以及时效处理参数以改变析出相的分布，进而实现对合金高温塑性的调控。

GH4738合金有一套标准的热处理工艺，即固溶处理之后采用油冷或者水冷的方法快速冷却到室温以抑制强化相的析出及长大，之后进行标准双时效(845℃稳定化以及760℃时效)处理以进一步优化强化相的分布。但合金零部件在实际生产过程中为了防止表面氧化而往往采用真空固溶处理工艺。专利(专利号：CN109306399A)在GH4738合金标准热处理工艺的基础上，提出了一种新的热处理工艺，在双时效处理之后增加第三步730℃时效处理，以获得尺寸更小、弥散度更大、更多的γ′强化相和更多的碳化物，充分强化合金，提高GH4738合金螺栓类产品的机械性能。但该热处理方法不仅步骤繁琐，耗时较长，同时热处理过程在大气环境下进行，并未考虑真空热处理条件。

真空固溶处理之后的合金无法被快速取出导致冷却速率较慢，冷却过程中晶内γ′相在析出的同时尺寸也会明显增加[Li J,Ding R,Guo Q Y,et al.Effect ofsolution cooling rate on microstructure evolution and mechanical propertiesof Ni-based superalloy ATI 718Plus,Mat.Sci.Eng.A,2021,812:141113.]。在后续时效处理过程中如果仍然采用标准双时效处理会导致合金基体内部γ′相尺寸过大，塑性指标偏低。因此在合金真空固溶温度确定的条件下，有必要通过改善固溶及时效工艺优化合金微观组织，开发一种适用于对热处理后表面质量以及高温塑性要求都比较高的GH4738合金环件的热处理工艺。但至今国内尚未发现任何相关热处理工艺研究。

发明内容

本发明的目的在于开发一种提升GH4738合金环件高温塑性的真空固溶及时效处理工艺，确保其在540-760℃温度范围内具备优异的高温塑性。该工艺适用于对热处理后高温塑性要求较高的GH4738合金环件。