一種減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，該方法是采用分級(jí)回復(fù)退火工藝對(duì)鎳基單晶高溫合金精鑄件進(jìn)行預(yù)處理；減少在后續(xù)熱處理過(guò)程中發(fā)生再結(jié)晶缺陷。本發(fā)明易操控、對(duì)合金性能影響極小。分級(jí)回復(fù)退火容易實(shí)現(xiàn)，再通過(guò)后續(xù)的固溶處理可保證單晶合金的組織和性能不發(fā)生顯著變化。本發(fā)明還可以減少單晶合金的再結(jié)晶缺陷，增加單晶高溫合金精鑄件的成品率。
【專利說(shuō)明】—種減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高溫合金【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)不斷提高的推力和工作溫度的需求，鎳基高溫合金從等軸晶逐漸發(fā)展出定向柱晶和單晶。其中單晶高溫合金由于消除了晶界這一高溫下的弱化因素，并且去除了 C、B、Hf等元素，使合金的強(qiáng)度較其它幾類高溫合金大幅度提高。
[0003]在單晶高溫合金的生產(chǎn)和使用過(guò)程中，由于單晶凝固過(guò)程中模殼收縮、機(jī)械去除模殼、鑄件的研磨校形和噴砂處理等過(guò)程均會(huì)引入不同程度的塑性變形。這種帶有塑性變形的鑄件在高溫?zé)崽幚硪约皩?shí)際使用的高溫過(guò)程中會(huì)發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶。但由于單晶高溫合金去除了 C、B、Hf等晶界強(qiáng)化元素，因此在生產(chǎn)和使用中需避免雜晶和再結(jié)晶等晶粒缺陷的出現(xiàn)。
[0004]經(jīng)過(guò)專利文獻(xiàn)檢索，已有對(duì)單晶合金再結(jié)晶控制方法的報(bào)道。US5413648提出了電化學(xué)腐蝕去除試樣表面的形變層的方法避免試樣在固溶過(guò)程中發(fā)生再結(jié)晶。利用電解腐蝕和化學(xué)腐蝕去除單晶合金0.013-0.05mm的表面層。對(duì)鑄造的單晶葉片進(jìn)行上述處理后再固溶處理與直接固溶處理相比，前者發(fā)生再結(jié)晶的傾向降低。EP1038982對(duì)CMSX-4單晶合金在CO和Ar流動(dòng)氣氛中固溶處理，利用碳化物抑制再結(jié)晶晶核的長(zhǎng)大，形成的再結(jié)晶尺寸很小，可在生產(chǎn)過(guò)程中的后續(xù)加工中去除而不影響使用。并指出該方法適用于碳含量小于0.02wt%，尤其是小于0.01wt%的合金。US062099利用CVD法得到N1-Cr-Al表面涂層，再在低溫氧化得到氧化層后固溶處理無(wú)再結(jié)晶。同時(shí)他們的研究結(jié)果顯示，各種涂層，尤其是含鋁涂層也可有效的降低再結(jié)晶的發(fā)生程度。US5598968也利用表面涂層的方法形成二次反應(yīng)區(qū)(SRZ)中產(chǎn)生的大尺寸粒子抑制冷加工所致的再結(jié)晶。中國(guó)專利CN102071383采用涂層法對(duì)DZ125L定向凝固合金的再結(jié)晶進(jìn)行控制。
[0005]除了上述表面處理方法外，還有報(bào)道利用回復(fù)退火控制單晶合金的再結(jié)晶。 US4385939利用預(yù)回復(fù)熱處理方法來(lái)避免PWA1480鎳基單晶高溫合金在固溶處理過(guò)程中發(fā)生再結(jié)晶，認(rèn)為PWA1480合金的回復(fù)熱處理溫度在982~1037°C之間。US5551999采用循環(huán)回復(fù)熱處理抑制生產(chǎn)工藝中形成的約2~5%變形所致的再結(jié)晶具有良好的效果。Burgel 等對(duì)2-3%塑性變形的CMSX-1lB鎳基單晶合金試樣分別進(jìn)行了 1220°C的長(zhǎng)時(shí)間回復(fù)退火， IOOO0C /30min - 1lOO℃/30min 10次循環(huán)+1204°C /Ih循環(huán)回復(fù)處理，以及一組100次循環(huán)的階梯回復(fù)處理均在固溶處理后觀察到再結(jié)晶晶粒的出現(xiàn)，未實(shí)現(xiàn)抑制再結(jié)晶的目的。 中國(guó)專利CN102071385采用滲碳結(jié)合循環(huán)回復(fù)熱處理工藝對(duì)已產(chǎn)生變形的定向凝固高溫合金進(jìn)行熱處理，控制再結(jié)晶的發(fā)生。
[0006]上述方法主要針對(duì)定向凝固柱晶合金及第一代單晶高溫合金，不能直接用在含Re 第二代及第三代單晶高溫合金。本發(fā)明主要適合含Re單晶高溫合金再結(jié)晶的控制，同時(shí)也適用于定向凝固的柱晶合金及第一代單晶高溫合金。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，該方法易操控、對(duì)合金性能影響極小，還可以減少單晶合金的再結(jié)晶缺陷，增加單晶高溫合金精鑄件的成品率。
[0008]本發(fā)明提供了一種減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，該方法是采用分級(jí)回復(fù)退火工藝；回復(fù)退火工藝為低溫退火+高溫循環(huán)退火。
[0009]本發(fā)明提供的減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，所述回復(fù)退火工藝為緩慢升溫至低溫退火溫度后保溫，再以0.5-50C /min的速率升溫至高溫循環(huán)退火的最低溫度， 保溫，然后再以0.5-50C /min的速率升溫至高溫循環(huán)退火的最高溫度，保溫，然后降至高溫循環(huán)退火的最低溫度保溫，如此循環(huán)。
[0010]本發(fā)明提供的減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，所述低溫退火溫度在一次時(shí)效和二次時(shí)效溫度之間，低溫退火保溫時(shí)間為l-20h。
[0011]本發(fā)明提供的減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，所述高溫循環(huán)退火在一次時(shí)效和固溶溫度之間循環(huán)。
[0012]本發(fā)明提供的減少 單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，所述高溫循環(huán)退火的最低溫度低于固溶溫度80-200°C，保溫時(shí)間5-200min ;所述高溫循環(huán)退火的最高溫度低于固溶溫度30-80°C，保溫時(shí)間5-200min。
[0013]本發(fā)明提供的減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，所述高溫循環(huán)退火之間的升降溫速率為0.5-50C /min。
[0014]本發(fā)明提供的減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，所述高溫循環(huán)退火的循環(huán)次數(shù)為2-10個(gè)循環(huán)。
[0015]本發(fā)明提供的減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，回復(fù)退火后直接加熱進(jìn)行固溶處理或空冷后再進(jìn)行固溶處理
[0016]本發(fā)明主要適合含Re單晶高溫合金再結(jié)晶的控制，同時(shí)也適用于定向凝固的柱晶合金及第一代單晶高溫合金再結(jié)晶的控制。
[0017]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0018]1、本發(fā)明易操控、對(duì)合金性能影響極小。分級(jí)回復(fù)退火容易實(shí)現(xiàn)，再通過(guò)后續(xù)的固溶處理可保證單晶合金的組織和性能不發(fā)生顯著變化。
[0019]2、本發(fā)明可以減少單晶合金的再結(jié)晶缺陷，增加單晶高溫合金精鑄件的成品率。 【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明的分級(jí)回復(fù)熱處理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不因此而限制本發(fā)明。
[0022]實(shí)施例1
[0023]將DD5精鑄葉片裝入真空熱處理爐，進(jìn)行分級(jí)回復(fù)熱處理再進(jìn)行固溶處理。具體工藝為:室溫升溫至1000°C時(shí)間為50min，1000°C保溫2h，1000°C升溫至1160°C時(shí)間為20min，在1160°C保溫lOmin，再升溫至1260°C時(shí)間為40min，在1260°C保溫IOmin后，再降溫至1160°C時(shí)間為40min，再繼續(xù)在1160°C保溫lOmin，如此往復(fù)10個(gè)循環(huán)。退火后直接升溫進(jìn)行固溶處理。同時(shí)進(jìn)行一組對(duì)比試驗(yàn)，該組DD5葉片不退火直接進(jìn)行固溶處理。熱處理后將兩組葉片進(jìn)行宏觀腐蝕觀察再結(jié)晶情況，其中經(jīng)分級(jí)回復(fù)熱處理的一組葉片100% 均未觀察到再結(jié)晶晶粒，而未經(jīng)回復(fù)熱處理的一組葉片87%均發(fā)生了再結(jié)晶。
[0024]實(shí)施例2
[0025]將DD5單晶葉片裝入真空熱處理爐，進(jìn)行分級(jí)回復(fù)熱處理再進(jìn)行固溶處理。具體工藝為:室溫升溫至1050°C時(shí)間為50min，1050°C保溫4h，1050°C升溫至1150°C時(shí)間為 20min，在1150°C保溫20min，再升溫至1230°C時(shí)間為60min，在1230°C保溫20min后，再降溫至1150°C時(shí)間為60min，再繼續(xù)在1150°C保溫20min，如此往復(fù)5個(gè)循環(huán)。退火后直接升溫進(jìn)行固溶處理。同時(shí)進(jìn)行一組對(duì)比試驗(yàn)，該組DD5單晶葉片不退火直接進(jìn)行固溶處理。熱處理后將兩組葉片進(jìn)行宏觀腐蝕觀察再結(jié)晶情況，其中經(jīng)分級(jí)回復(fù)熱處理的一組葉片87% 均未觀察到再結(jié)晶晶粒，而未經(jīng)回復(fù)熱處理的一組葉片87%均發(fā)生了再結(jié)晶。
[0026]實(shí)施例3:
[0027]將DD99單晶葉片裝入真空熱處理爐，進(jìn)行分級(jí)回復(fù)熱處理再進(jìn)行固溶處理。具體工藝為:室溫升溫至980°C時(shí)間為50min，980°C保溫8h，980°C升溫至1120°C時(shí)間為20min， 在1120°C保溫lOOmin，再升溫至1220°C時(shí)間為30min，在1220°C保溫IOOmin后，再降溫至 1120°C時(shí)間為30min，再繼續(xù)在1120°C保溫lOOmin，如此往復(fù)4個(gè)循環(huán)。退火后直接升溫進(jìn)行固溶處理。同時(shí)進(jìn)行一組對(duì)比試驗(yàn)，該組DD99葉片不退火直接進(jìn)行固溶處理。熱處理后將兩組葉片進(jìn)行宏觀腐蝕觀察再結(jié)晶情況，其中經(jīng)分級(jí)回復(fù)熱處理的一組 葉片100%均未觀察到再結(jié)晶晶粒，而未經(jīng)回復(fù)熱處理的一組葉片50%均發(fā)生了再結(jié)晶。
【權(quán)利要求】
1.一種減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，其特征在于:該方法是采用分級(jí)回復(fù)退火工藝；回復(fù)退火工藝為低溫退火+高溫循環(huán)退火。
2.按照權(quán)利要求1所述減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，其特征在于:所述回復(fù)退火工藝為緩慢升溫至低溫退火溫度后保溫，再以0.5-50C /min的速率升溫至高溫循環(huán)退火的最低溫度，保溫，然后再以0.5-50C /min的速率升溫至高溫循環(huán)退火的最高溫度，保溫，然后降至高溫循環(huán)退火的最低溫度保溫，如此循環(huán)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，其特征在于:所述低溫退火溫度在一次時(shí)效和二次時(shí)效溫度之間，低溫退火保溫時(shí)間為l_20h。
4.按照權(quán)利要求1或2所述減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，其特征在于:所述高溫循環(huán)退火在一次時(shí)效和固溶溫度之間循環(huán)。
5.按照權(quán)利要求1或2所述減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，其特征在于:所述高溫循環(huán)退火的最低溫度低于固溶溫度80-200°C，保溫時(shí)間5-200min。
6.按照權(quán)利要求1或2所述減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，其特征在于:所述高溫循環(huán)退火的最高溫度低于固溶溫度30-80°C，保溫時(shí)間5-200min。
7.按照權(quán)利要求1或2所述減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，其特征在于:所述高溫循環(huán)退火之間的升降溫速率為0.5-50C /min。
8.按照權(quán)利要求1或2所述減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，其特征在于:所述高溫循環(huán)退火的循環(huán)次數(shù)為2-10個(gè)循環(huán)。
9.按照權(quán)利要求1所述減少單晶高溫合金精鑄件再結(jié)晶的方法，其特征在于:回復(fù)退火后直接加熱進(jìn)行固溶處理或空冷后再進(jìn)行固溶處理。
【文檔編號(hào)】C21D1/26GK103451736SQ201210179680
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月1日
【發(fā)明者】孟杰, 王猛, 周亦胄, 金濤, 孫曉峰, 王亮, 徐福濤, 李博 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所