一种高硬度镍基高温合金的热处理方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113621904A(43)申请公布日2021.11.09(21)申请号202110807097.7(22)申请日2021.07.16(71)申请人北京科技大学地址100083北京市海淀区学院路30号(72)发明人郑磊刘红亮赵鑫董建孟晔(74)专利代理机构北京市广友专利事务所有限责任公司11237代理人张仲波(51)Int.Cl.C22F1/10(2006.01)C22F1/02(2006.01)C21D1/18(2006.01)C22C19/05(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种高硬度镍基高温合金的热处理方法(57)摘要本发明公开了一种高硬度镍基高温合金的热处理方法，属于高温合金热处理技术领域。工艺包括以下步骤：真空固溶处理：将成形后的镍基高温合金部件在真空炉内固溶处理并通氮气快速冷却；单阶段时效处理：固溶处理后的镍基高温合金部件在760±20℃下保温15‑17h空冷。本发明的优点是，与传统热处理工艺相比，该热处理工艺在提高镍基高温合金硬度值方面具有意想不到的效果；处理后的合金硬度值不仅高于传统真空固溶+时效处理后合金硬度值，且与标准热处理态合金相比硬度值更高(提升10％)。该热处理工艺特别适用于对镍基高温合金硬度值有较高要求的部件，可以大幅度提升合金部件的服役表现和使用寿命，极具推广价值。CN113621904ACN113621904A权利要求书1/1页1.一种高硬度镍基高温合金的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对成形后的镍基高温合金部件预处理，去除表面氧化层或油污，清洗并烘干；步骤2：将预处理得到的合金部件置于真空热处理炉中，并抽真空至10‑2Pa以下；步骤3：合金部件以5‑10℃/min速率升温至1000‑1080℃的固溶温度保温10‑60min；步骤4：快速冷却处理，固溶处理后采用通氮气的方式冷却；冷却过程中当通氮气压强达到1.0bar时开启氮气循环装置加速冷却，之后进一步将通氮气的压强调到2.0‑3.0bar，冷却至100℃以下后出炉空冷，其中在500℃以上时冷却速率不小于200℃/min；步骤5：将真空固溶处理后的合金部件加热至760±20℃的时效温度并保温15‑17h后冷却至室温。2.根据权利要求1所述的一种高硬度镍基高温合金的热处理方法，其特征在于，步骤3中，固溶处理后的冷却阶段所通氮气温度不得高于室温，以加强冷却效果。3.根据权利要求1所述的一种高硬度镍基高温合金的热处理方法，其特征在于，所述镍基高温合金为GH4738合金，以质量百分比计，其主要成分为：碳0.03‑0.10％、铬18‑21％、钴12‑15％、钼3.5‑5％、钛2.75‑3.25％、铝1.2‑1.6％、硼0.003‑0.01％、锆0.02‑0.12，余量为镍。2CN113621904A说明书1/4页一种高硬度镍基高温合金的热处理方法技术领域[0001]本发明涉及一种高硬度镍基高温合金的热处理方法，属于高温合金热处理技术领域。背景技术[0002]高温合金是指能在600℃以上的高温条件下长期服役的金属材料，具有良好的高温力学性能，较高的抗氧化和耐腐蚀能力。基于以上特点，高温合金已成为广泛应用于航空、航天、石油化工的一种重要材料。高温合金的合金化程度较高，按基体元素来分又可细分为铁基、镍基、钴基等高温合金，其中镍基高温合金应用最为广泛。[0003]成形后的镍基高温合金零部件在服役之前往往需要进行固溶及时效处理，以同时具备良好的塑性、韧性、耐腐蚀性，以及出色的强度和延迟断裂抗力，保证其在相关领域的使用过程中可以长期稳定工作。除需具备良好的综合性能外，在某些应用场景对合金部件的硬度值有突出要求。高的硬度可以增强合金耐磨性以及抵抗外力造成的变形、破坏能力。以紧固件为例，由镍基高温合金制作的螺钉、螺帽等紧固件已被广泛用于各型飞机发动机上，其服役过程中必须能够抵抗外力作用，不发生松动、破坏，因此对硬度要求极高。[0004]镍基高温合金以面心立方奥氏体为基体，主要强化相为共格析出的γ′相。当合金中γ′相形成元素的含量一定时，γ′相在合金基体中的体积分数可以看作是定值，此时γ′相的尺寸分布成为决定合金性能的主要因素。γ′相的尺寸调控主要通过控制热处理工艺参数实现。目前，镍基高温合金的标准热处理工艺多使用固溶+时效的方式。具体地，固溶处理后的合金置于水、油等介质中淬火以抑制冷却过程中γ′相的析出长大，之后进行标准的时效处理使γ′相充分析出的同时进一步调控γ′相尺寸。[0005]在实际生产过程中，成形后的合金零部件在高温条件下进行固溶处理后存在表面氧化不均匀导致不同程度的腐蚀等情况，需在热处理后增加酸洗、修磨等工序，生产周期长且易发生产品尺