本發(fā)明涉及合金材料熱處理領(lǐng)域，具體為一種使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法，適用于長(zhǎng)期使用引起性能衰減的K417G合金材料重新獲得優(yōu)異性能。
背景技術(shù)：
K417G合金是一種高γ′〔Ni3(Al、Ti)〕相含量的時(shí)效強(qiáng)化型鎳基鑄造高溫合金，具有優(yōu)良的綜合性能，主要用于制備航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的熱端部件。目前應(yīng)用K417G合金制備的零件主要為鑄造后，不再進(jìn)行熱處理，加工后直接使用。在高溫長(zhǎng)時(shí)間服役后，合金中的主要強(qiáng)化相γ′發(fā)生粗化、晶界寬化、碳化物分解，造成零件性能逐漸降低。一般零件在使用一段時(shí)間后只能報(bào)廢處理，由新的精鑄件替換相關(guān)零件，會(huì)大大增加發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)成本。
對(duì)于組織衰變的材料，需要將各種粗化組織回溶，進(jìn)行歸一化處理，再結(jié)合適當(dāng)?shù)臅r(shí)效處理以控制強(qiáng)化相的分布狀態(tài)，才有可能實(shí)現(xiàn)合金的性能恢復(fù)?；厝艽只M織的熱處理溫度過(guò)低則無(wú)法有效回溶，溫度過(guò)高又容易引起嚴(yán)重氧化、晶界液化等問(wèn)題。高溫處理完的冷卻速率不能過(guò)低，否則在冷卻過(guò)程中γ′會(huì)發(fā)生快速粗化，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。高溫處理后的合金需要在合適的溫度時(shí)效以使晶界析出強(qiáng)化相，否則晶內(nèi)強(qiáng)度過(guò)高容易造成塑性嚴(yán)重降低；時(shí)效時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，成本過(guò)高，設(shè)備占用率高，不利于推廣應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種使長(zhǎng)期使用后的K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法，從而提高零件利用率。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
一種使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法，其特征在于，包括如下步驟：
(1)隨爐升溫或到溫裝爐，在1230～1250℃保溫0.1～2h；
(2)保溫結(jié)束后以不少于1℃/min的冷速隨爐冷卻；
(3)在750～900℃保溫1～20h，空冷。
所述的使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法，步驟(1)為高溫固溶處理，步驟(3)為時(shí)效處理。
所述的使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法，高溫固溶處理后，1000℃以上停留時(shí)間不超過(guò)5h。
所述的使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法，步驟(1)中，優(yōu)選在1240℃保溫0.25～1.5h。
所述的使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法，步驟(2)中，隨爐冷卻的冷速優(yōu)選為3～10℃/min。
所述的使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法，步驟(3)中，優(yōu)選在800～900℃保溫5～16h。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是：
為了建立K417G合金零件的恢復(fù)熱處理方法，根據(jù)長(zhǎng)期使用后合金的組織衰變特征，需要回溶粗化γ′相，并通過(guò)冷速和時(shí)效處理控制γ′相尺寸和分布，再利用時(shí)效處理析出足夠晶界強(qiáng)化相，從而提高綜合性能。
其中，高溫固溶處理溫度要在1230℃以上，否則無(wú)法回溶粗化的γ′相，溫度過(guò)高則導(dǎo)致嚴(yán)重氧化和內(nèi)部液相區(qū)出現(xiàn)。固溶后1000℃以上停留時(shí)間不能超過(guò)5h，否則γ′相尺寸過(guò)大會(huì)降低強(qiáng)度；冷速也不能快于空冷，否則晶界或共晶等界面會(huì)出現(xiàn)明顯淬火裂紋。在750～900℃時(shí)效處理時(shí)，如果在800～900℃保溫時(shí)間可短些，如果在750℃時(shí)間要長(zhǎng)些。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：
1、本發(fā)明對(duì)于組織衰變的K417G，首先采用高溫固溶處理，將粗化的γ′相和M23C6相回溶。再以適當(dāng)?shù)睦渌俸蜁r(shí)效處理控制晶界和晶內(nèi)強(qiáng)化相的分布狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)合金拉伸和持久性能重新恢復(fù)。
2、本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單熱處理工藝，可使服役長(zhǎng)時(shí)間的K417G鑄件重新獲得優(yōu)異的性能，從而延長(zhǎng)零件的使用壽命。
附圖說(shuō)明
圖1為K417G鑄態(tài)合金的典型組織；
圖2為長(zhǎng)期使用后K417G合金的組織衰變特征；
圖3為在1240℃保溫1h后以100min爐冷到800℃保溫16h空冷樣品的組織；
圖4為在1240℃保溫1h后以100min爐冷到850℃保溫16h空冷樣品的組織；
圖5為在1240℃保溫1h后以100min爐冷到900℃保溫16h空冷樣品的組織；
圖6為在1220℃保溫1h后水冷樣品的組織；
圖7為隨爐升溫在1220℃保溫1h后空冷樣品的組織；
圖8為隨爐升溫在1240℃保溫1h后以100min爐冷到900℃空冷樣品的組織。
具體實(shí)施方式
在具體實(shí)施過(guò)程中，本發(fā)明使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法，具體工藝流程為：
(1)將鑄件隨爐升溫或到溫裝爐，將材料在1230～1250℃保溫0.1～1h，充分回溶粗化的γ′相和大量析出的M23C6相；如果對(duì)零件處理，最好在真空熱處理爐內(nèi)利用專用工裝夾具固定零件；
(2)保溫后，冷卻到1000℃以下出爐或降溫至?xí)r效保溫溫度(爐冷時(shí)間不超過(guò)3h，防止冷卻過(guò)程中的γ′相長(zhǎng)大)；
(3)在750～900℃保溫1～20h，空冷或爐冷，以使合金析出晶界M23C6相。
(4)鑄件性能接近鑄件使用前水平(900℃拉伸性能：Rm≥637MPa，A≥6％，Z≥6％；760℃/645MPa持久性能：≥23h；950℃/235MPa持久性能：≥40h)。
下面，通過(guò)對(duì)比例和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
對(duì)比例1
K417G鑄態(tài)合金和900℃時(shí)效5000h后拉伸和持久性能如表1所示。相比于鑄態(tài)合金，在900℃時(shí)效5000h后，K417G合金的抗拉強(qiáng)度已經(jīng)明顯降低，塑性提高；760℃/645MPa持久壽命都明顯降低，已經(jīng)低于23h的要求；950℃/235MPa持久壽命都明顯降低，已經(jīng)低于40h的技術(shù)要求。合金的鑄態(tài)組織如圖1所示，主要包括一次MC塊狀碳化物、大量細(xì)小的γ′相和γ′相共晶組成。900℃時(shí)效5000h后組織如圖2所示，合金中γ′相已明顯長(zhǎng)大，共晶和MC碳化物周圍析出了較多的塊狀的M23C6相，并伴隨著周圍較多無(wú)析出區(qū)的出現(xiàn)。900℃時(shí)效5000h后的組 織反應(yīng)了該合金組織衰變的主要特征，本發(fā)明后續(xù)研究的材料都是組織和性能已經(jīng)明顯衰變的樣品。
表1、K417G合金鑄態(tài)和900℃時(shí)效5000h后的力學(xué)性能
實(shí)施例1
本實(shí)施例中，使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法如下：
在1240℃保溫1h后，以100min冷卻到800℃，并在800℃保溫16h后空冷至室溫，樣品的組織如圖3所示。可見，合金的γ′相析出量較大，尺寸較細(xì)小，晶界處也有一定M23C6相析出。性能測(cè)試結(jié)果如表2所示，合金的900℃拉伸強(qiáng)度、760℃和950℃持久性能有明顯提高，獲得了優(yōu)異的綜合性能優(yōu)異。
表2在1240℃保溫1h后以100min爐冷到800℃保溫16h空冷樣品的力學(xué)性能
實(shí)施例2
本實(shí)施例中，使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法如下：
在1240℃保溫1h后，以100min冷卻到850℃，并在850℃保溫16h后空冷至室溫，樣品的組織如圖4所示?？梢?，合金的γ′相析出量較大，尺寸較細(xì)小，晶 界處也有一定M23C6相析出。性能測(cè)試結(jié)果如表3所示，合金的900℃拉伸強(qiáng)度、760℃和950℃持久性能有明顯提高，獲得了優(yōu)異的綜合性能優(yōu)異。
表3在1240℃保溫1h后以100min爐冷到850℃保溫16h空冷樣品的力學(xué)性能
實(shí)施例3
本實(shí)施例中，使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法如下：
在1240℃保溫1h后，以100min冷卻到900℃，并在900℃保溫5h后空冷至室溫，樣品的組織如圖5所示。可見，合金的γ′相析出量較大，尺寸較細(xì)小，晶界處也有一定M23C6相析出。性能測(cè)試結(jié)果如表4所示，合金的900℃拉伸強(qiáng)度、760℃和950℃持久性能有明顯提高，獲得了優(yōu)異的綜合性能優(yōu)異。
表4在1240℃保溫1h后以100min爐冷到90℃保溫16h空冷樣品的力學(xué)性能
對(duì)比例2
試樣在1240℃保溫1h后水冷樣品的組織如圖6所示?？梢?，在固溶處理后直接淬火處理，時(shí)效析出γ′相數(shù)量較少，并且在晶界等區(qū)域存在明顯淬火裂紋，可見固溶后冷卻速度不能太高。
對(duì)比例3
試樣隨爐升溫在1220℃保溫1h后空冷樣品的組織如圖7所示?？梢姡诠倘芴幚砗笾苯涌绽?，γ′相尺寸明顯粗于鑄態(tài)合金，甚至粗于900℃時(shí)效5000h已粗化的組織，說(shuō)明該條件處理不足以回溶粗化的γ′相，固溶溫度不足。
對(duì)比例4
試樣隨爐升溫在1240℃保溫1h后，以100min爐冷到900℃空冷樣品的組織如圖8所示。可見，在固溶處理后，未經(jīng)一定時(shí)間的時(shí)效處理而直接空冷，γ′相尺寸雖然較細(xì)，但晶界幾乎無(wú)任何析出相。經(jīng)該處理后合金的性能如表5所示，可見合金的900℃拉伸塑性和760℃/645MPa持久壽命較低。
表5、在1240℃保溫1h后以100min爐冷到900℃空冷的力學(xué)性能
實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明方法可使性能衰減的K417G鑄件重新獲得較高水平的拉伸和持久性能，從而延長(zhǎng)鑄件使用壽命。
技術(shù)特征：
1.一種使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法，其特征在于，包括如下步驟：
(1)隨爐升溫或到溫裝爐，在1230～1250℃保溫0.1～2h；
(2)保溫結(jié)束后以不少于1℃/min的冷速隨爐冷卻；
(3)在750～900℃保溫1～20h，空冷。
2.按權(quán)利要求1所述的使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法，其特征在于：步驟(1)為高溫固溶處理，步驟(3)為時(shí)效處理。
3.按權(quán)利要求2所述的使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法，其特征在于：高溫固溶處理后，1000℃以上停留時(shí)間不超過(guò)5h。
4.按權(quán)利要求1所述的使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法，其特征在于：步驟(1)中，優(yōu)選在1240℃保溫0.25～1.5h。
5.按權(quán)利要求1所述的使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法，其特征在于：步驟(2)中，隨爐冷卻的冷速優(yōu)選為3～10℃/min。
6.按權(quán)利要求1所述的使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法，其特征在于：步驟(3)中，優(yōu)選在800～900℃保溫5～16h。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及合金材料熱處理領(lǐng)域，具體為一種使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法，適用于長(zhǎng)期使用引起性能衰減的K417G合金材料重新獲得優(yōu)異性能。該方法包括如下步驟：(1)隨爐升溫或到溫裝爐，在1230～1250℃保溫0.1～2h；(2)保溫結(jié)束后以不少于1℃/min的冷速隨爐冷卻；(3)在750～900℃保溫1～20h，空冷。本發(fā)明首先采用高溫固溶處理，將粗化的γ′相和M23C6相回溶；再以適當(dāng)?shù)睦渌俸蜁r(shí)效處理控制晶界和晶內(nèi)強(qiáng)化相的分布狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)合金拉伸和持久性能重新恢復(fù)。從而，通過(guò)簡(jiǎn)單熱處理工藝，可使服役長(zhǎng)時(shí)間的K417G鑄件重新獲得優(yōu)異的性能，延長(zhǎng)零件的使用壽命。
技術(shù)研發(fā)人員：祁峰;孫文儒;于連旭;于興福;張偉紅;劉芳;信昕;賈丹;楊國(guó)良;廉心桐;鄭丹丹;郭守仁;胡壯麒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
文檔號(hào)碼：201610393977
技術(shù)研發(fā)日：2016.06.06
技術(shù)公布日：2017.06.16
聲明：
“使K417G合金性能恢復(fù)的熱處理方法與流程” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
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