一种定向及单晶高温合金的热处理方法
阅读：1020发布：2020-08-18
专利汇可以提供一种定向及单晶高温合金的热处理方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种定向及单晶高温 合金 的 热处理 方法，属于材料加工技术领域。在交变 磁场 和惰性气体下，将定向及单晶 高温合金 依次进行均匀化热处理、固溶处理、高温时效处理和低温时效处理。本发明在均匀化热处理、固溶处理和时效处理时加入交变磁场，能够促进金属元素的扩散，降低元素偏析，促使合金组织更加均匀，从而影响合金γ′相体积分数，提高定向及单晶高温合金 力 学性能。从 实施例 可以看出：经交变磁场热处理的定向及单晶高温合金组织分布均匀，γ′相呈立方体；显微硬度值为399.8～417.2HV，在950℃时 抗拉强度 为675.3～696.2MPa，延伸率为16.21～21.73％，断面收缩率为29.56～34.06％。，下面是一种定向及单晶高温合金的热处理方法专利的具体信息内容。
1.一种定向及单晶高温合金的热处理方法，包括以下步骤：
在交变磁场和惰性气体的条件下，将定向及单晶高温合金依次进行均匀化热处理、固溶处理、高温时效处理和低温时效处理。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述交变磁场的强度为0.05～
0.11T。
3.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述均匀化热处理的温度为1200～
1210℃，保温时间为0.5～1h。
4.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为1260～1270℃，保温时间为1～2h。
5.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述高温时效处理的温度为1070～
1090℃，保温时间为2～4h。
6.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述低温时效处理的温度为860～
880℃，保温时间为18～22h。
7.根据权利要求1～6任一项所述的热处理方法，其特征在于，升温至所述均匀化热处理温度、固溶处理温度、高温时效处理温度和低温时效处理温度的升温速率独立地为5～10℃/min。
一种定向及单晶高温合金的热处理方法
技术领域
背景技术
[0002] 高温合金是广泛应用于航空、航天、舰船、发电等领域的关键部件材料，其服役温度在600℃以上，是能承受较大复杂应力并具有表面稳定性的铁基、镍基、钴基等高合金化的奥氏体金属材料。定向及单晶高温合金存在凝固偏析，使合金存在明显的枝晶组织，首先凝固的枝晶轴富集高熔点溶质元素，后凝固的枝晶间富集低熔点溶质元素，而定向及单晶高温合金的强化机理主要为沉淀强化，合金中强化相的含量与体积分数显著影响着其持久和抗拉等力学性能，凝固偏析促使γ′相的形成元素不能在合金中形成合理分布，从对定向及单晶高温合金的力学性能造成较大影响。
[0003] 由于毛坯定向及单晶高温合金强化相没有达到最佳状态，γ′相的体积分数，尺寸，形貌和分布未达到最佳状态，加之偏析等因素，在使用前需对其进行固溶和时效处理。但现有的热处理工艺已相对成熟，很难进一步提高高温合金的力学性能。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种定向及单晶高温合金的热处理方法。采用本发明的热处理方法得到的定向及单晶高温合金具有优异的显微硬度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率和持久寿命，能广泛应用于航空、航天、舰船和发电材料中。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
[0006] 本发明提供了一种定向及单晶高温合金的热处理方法，包括以下步骤：
[0008] 优选地，所述交变磁场的强度为0.05～0.11T。
[0009] 优选地，所述均匀化热处理的温度为1200～1210℃，保温时间为0.5～1h。
[0010] 优选地，所述固溶处理的温度为1260～1270℃，保温时间为1～2h。
[0011] 优选地，所述高温时效处理的温度为1070～1090℃，保温时间为2～4h。
[0012] 优选地，所述低温时效处理的温度为860～870℃，保温时间为18～22h。
[0013] 优选地，升温至所述均匀化热处理温度、固溶处理温度、高温时效处理温度和低温时效处理温度的升温速率独立地为5～10℃/min。
[0014] 本发明提供了一种定向及单晶高温合金的热处理方法，包括以下步骤：在交变磁场和惰性气体的条件下，将定向及单晶高温合金依次进行均匀化热处理、固溶处理、高温时效处理和低温时效处理。本发明在均匀化热处理、固溶处理、高温时效处理和低温时效处理时加入交变磁场，能够促进金属元素的扩散，降低元素偏析，促使合金组织更加均匀，将γ′相体积分数调节为64％左右，并使得γ′相形貌更加规则，分布更加均匀，从而提高定向及单晶高温合金力学性能。同时，本发明的热处理方法简单，便于操作。从实施例可以看出：经交变磁场热处理的定向及单晶高温合金组织分布均匀，γ′相呈立方体；显微硬度值为399.8～417.2HV，在950℃时抗拉强度为675.3～696.2MPa，延伸率为16.21～21.73％，断面收缩率为29.56～34.06％，980℃/250Mpa下持久寿命63～91h；能够作为航空、航天、舰船和发电材料。
附图说明
附图说明
[0015] 图1为实施例1中经热处理的定向及单晶高温合金的扫描电镜图片；
[0016] 图2为实施例2中经热处理的定向及单晶高温合金的扫描电镜图片；
[0017] 图3为对比例1中经热处理的定向及单晶高温合金的扫描电镜图片；
[0018] 图4为实施例1和2及对比例1中经热处理的定向及单晶高温合金的持久寿命-时间曲线。
具体实施方式
[0019] 本发明提供了一种定向及单晶高温合金的热处理方法，包括以下步骤：
[0020] 在交变磁场和惰性气体的条件下，将定向及单晶高温合金依次进行均匀化热处理、固溶处理、高温时效处理和低温时效处理。
[0021] 在本发明中，所述交变磁场的强度优选为0.05～0.11T，更优选为0.055～0.105T，最优选为0.6～0.10T。在本发明中，所述惰性气体优选包括氩气、氮气或者氦气。
[0022] 本发明对所述定向及单晶高温合金的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售定向及单晶高温合金即可。在本发明的实施例中，所述定向及单晶高温合金优选为单晶高温合金DD483。本发明的实施例中，优选采用线性切割技术从单晶高温合金DD483试棒中同一平面处切割出Φ15mm×70mm的圆棒试样进行均匀化热处理、固溶处理和时效处理。
[0023] 在本发明中，所述均匀化热处理的温度优选为1200～1210℃，更优选为1202～1208℃，最优选为1204～1206℃。在本发明中，所述均匀化热处理的保温时间优选为0.5～
1h，更优选为0.6～0.9h，最优选为0.7～0.8h。在本发明中，所述均匀化热处理的压力优选为常压。在本发明中，升温至均匀化热处理温度的升温速率优选为5～10℃/min，更优选为6～9℃/min，最优选为7～8℃/min。在本发明中，在均匀化热处理时加入交变磁场，能够使定向及单晶高温合金中难熔金属元素扩散均匀，使粗大γ′相和γ+γ′共晶部分分解，从而提高定向及单晶高温合金的初熔温度，扩大定向及单晶高温合金的热处理窗口，提高固溶处理温度。
1h，更优选为0.6～0.9h，最优选为0.7～0.8h。在本发明中，所述均匀化热处理的压力优选为常压。在本发明中，升温至均匀化热处理温度的升温速率优选为5～10℃/min，更优选为6～9℃/min，最优选为7～8℃/min。在本发明中，在均匀化热处理时加入交变磁场，能够使定向及单晶高温合金中难熔金属元素扩散均匀，使粗大γ′相和γ+γ′共晶部分分解，从而提高定向及单晶高温合金的初熔温度，扩大定向及单晶高温合金的热处理窗口，提高固溶处理温度。
[0024] 在本发明中，所述均匀化热处理结束后，优选由均匀化热处理温度直接升温至固溶处理温度进行固溶处理。
[0025] 在本发明中，所述固溶处理的温度优选为1260～1270℃，更优选为1262～1268℃，最优选为1264～1266℃。在本发明中，所述固溶处理的保温时间优选为1～2h，更优选为1.2～1.8h，最优选为1.4～1.6h。在本发明中，所述固溶处理的压力优选为常压。在本发明中，升温至固溶处理温度的升温速率优选为5～10℃/min，更优选为6～9℃/min，最优选为7～8℃/min。在本发明中，在固溶处理时加入交变磁场，能够将定向及单晶高温合金内的碳化物、γ′相充分溶解，得到均匀的过饱和固溶体，便于时效处理时重新析出颗粒细小、分布均匀的碳化物和γ'等强化相；同时，过饱和的固溶体能够消除定向及单晶高温合金的应力，提高定向及单晶高温合金的力学性能。
[0026] 在本发明中，所述固溶处理结束后，本发明优选将固溶处理的产物空冷至室温后，再加热至高温时效处理温度进行高温时效处理。
[0027] 在本发明中，所述高温时效处理的温度优选为1070～1090℃，更优选为1075～1085℃，最优选为1080℃。在本发明中，所述高温时效处理的保温时间优选为2～4h，更优选为2.5～3.5h，最优选为3.0h。在本发明中，所述高温时效处理的压力优选为常压。在本发明中，升温至高温时效处理温度的升温速率优选为5～10℃/min，更优选为6～9℃/min，最优选为7～8℃/min。在本发明中，在高温时效处理时加入交变磁场，能够促进细小颗粒从过饱和固溶体中析出，进而提高定向及单晶高温合金的力学性能。
[0028] 在本发明中，所述高温时效处理结束后，本发明优选将高温时效处理的产物空冷至室温后，再加热至低温时效处理温度进行低温时效处理。
[0029] 在本发明中，所述低温时效处理的温度优选为860～880℃，更优选为865～875℃，最优选为870℃。在本发明中，所述低温时效处理的保温时间优选为18～22h，更优选为19～21h，最优选为20h。在本发明中，所述低温时效处理的压力优选为常压。在本发明中，升温至低温时效处理温度的升温速率优选为5～10℃/min，更优选为6～9℃/min，最优选为7～8℃/min。在本发明中，在低温时效处理时加入交变磁场，能够调整γ'相的形貌和尺寸分布，进而提高定向及单晶高温合金的力学性能。
[0030] 在本发明中，所述低温时效处理结束后，本发明优选将低温时效处理的产物空冷至室温。
[0031] 本发明对所述均匀化热处理、固溶处理、高温时效处理和低温时效处理的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知加热装置即可，具体的，如硅碳管加热炉。由于本发明的均匀化热处理、固溶处理、高温时效处理和低温时效处理过程要在交变磁场中进行，在操作时，优选将硅碳管加热炉置于能够产生交变磁场的线圈中即可。
[0032] 本发明在均匀化热处理、固溶处理、高温时效处理和低温时效处理时加入交变磁场，能够促进金属元素的扩散，降低元素偏析，促使合金组织更加均匀，将γ′相体积分数调节为64％左右，提高定向及单晶高温合金力学性能。由于经热处理的定向及单晶高温合金具有优异的力学性能，能够广泛应用于航空、航天、船舰和发电材料。
[0033] 下面结合实施例对本发明提供的定向及单晶高温合金的热处理方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0034] 实施例1
[0035] 采用线切割技术，从定向及单晶高温合金DZ483试棒中同一平面处切割出Φ15mm×70mm的圆棒作为试样；将上述圆棒试样放入石英管中，用橡皮塞塞住入口处，通入氩气保护，将装有圆棒试样的石英管固定在硅碳管加热炉的恒温区；将硅碳加热炉放入交变磁场中，使硅碳加热炉恒温区与交变磁场中磁场均匀区间重合，保证圆棒试样位于磁场中心区域。
[0036] 通氩气30min后，以10℃/min的升温速率升温至1204℃进行均匀化热处理，保温1h；保温结束后，继续以10℃/min的升温速率升温至1265℃进行固溶处理，保温1h；固溶处理结束后，取出固溶处理后的产物空冷至室温；然后以10℃/min的升温速率升温至1080℃进行高温时效处理，保温4h；高温时效处理结束后，取出高温时效处理的产物空冷至室温；
然后以10℃/min的升温速率升温至870℃进行低温时效处理，保温20h；随后关闭氩气，迅速取出圆棒铸试样空冷至室温。在整个均匀化热处理、固溶化处理、高温时效处理和低温时效处理的过程中施加交变磁场0.1T。
然后以10℃/min的升温速率升温至870℃进行低温时效处理，保温20h；随后关闭氩气，迅速取出圆棒铸试样空冷至室温。在整个均匀化热处理、固溶化处理、高温时效处理和低温时效处理的过程中施加交变磁场0.1T。
[0037] 将热处理的定向及单晶高温合金进行打磨，抛光；采用显微硬度计MH-3对试样进行显微硬度测试，每个试样随机打12个点，计算其平均值为该样品的显微硬度值，测试结果为：本实施例经热处理的定向及单晶高温合金的显微硬度值为417.2HV。
[0038] 采用扫描电镜观察经热处理的定向及单晶高温合金的微观结构，结果如图1所示。从图1可以看出：本实施例的经热处理的定向及单晶高温合金组织分布均匀，γ′相棱角清晰，呈较规则的立方体，排列整齐；γ′相尺寸约为550nm。
[0039] 将经热处理的定向及单晶高温合金加工成直径为Φ5mm的拉伸试样，对拉伸试样进行高温拉伸性能测试，加热温度为950℃，拉伸速率1mm/s，相同实验条件下测试5个试样，计算其平均值为该定向及单晶高温合金的高温拉伸性能。测试结果为：经热处理的定向及单晶高温合金在950℃时的抗拉强度为693±3.2MPa，延伸率为20.36±1.37％，断面收缩率为31.64±2.42％。
[0040] 实施例2
[0041] 与实施例1相似，区别仅在于，在整个均匀化热处理、固溶处理、高温时效处理和低温时效处理过程中施加交变磁场0.065T。
[0042] 本实施例经热处理的定向及单晶高温合金的扫描电镜图片如图2所示，从图2可以看出：经热处理的定向及单晶高温合金的γ′相棱角较分明，尺寸分布相对均匀且排列较整齐，γ′相尺寸约为500nm。
[0043] 采用与实施例1相同的测试方法，测试本实施的经热处理定向及单晶高温合金的显微硬度、高温拉伸性能。测试结果为：本实施例的经热处理定向及单晶高温合金的显微硬度值为399.8HV；在950℃时抗拉强度为678±2.7MPa，延伸率为18.72±2.51％，断面收缩率为31.74±2.18％。
[0044] 对比例1
[0045] 与实施例1相同，区别仅在于没有加入交变磁场。采用实施例1的方法测试对比例的经热处理的定向及单晶高温合金的显微硬度值，结果为：本对比例经热处理的定向及单晶高温合金的显微硬度值为389.5HV，在950℃时抗拉强度为663±2.5MPa，延伸率为22.24±2.34％，断面收缩率为34.03±1.76％；而实施例1得到的定向及单晶高温合金的显微硬度值为417.2HV，相比没有加入交变磁场得到的定向及单晶高温合金显微硬度值提高了7.1％；由此说明：交变磁场的加入能够提高定向及单晶高温合金的显微硬度。
[0046] 采用扫描电镜观察本对比例中经热处理的定向及单晶高温合金的微观结果，结果如图3所示。从图3可以看出：定向及单晶高温合金的γ′相呈立方体，其尺寸约为450nm，但棱角钝化，尺寸不均匀，差异较大且分布不整齐。
[0047] 对实施例1、实施例2和对比例1的经热处理的定向及单晶高温合金进行高温持久性能测试，测试条件为980℃/250MPa，测试结果如图4所示，从图4可以看出：施加磁场后，980℃/250MPa下持久断裂寿命由55h提升至0.065T的63h及0.1T的91h。
[0048] 从实施例可以看出，在均匀化热处理、固溶处理、高温时效处理和低温时效处理时加入交变磁场，能够促进金属元素的扩散，降低元素偏析，促使合金组织更加均匀，从而影响γ′相体积分数，最终提高定向及单晶高温合金的力学性能、持久寿命和显微硬度。从实施例可以看出：经热处理的定向及单晶高温合金组织分布均匀，γ′相呈立方体；显微硬度值为399.8～417.2HV，在950℃时抗拉强度为675.3～696.2MPa，延伸率为16.21～21.73％，断面收缩率为29.56～34.06％，980℃/250MPa下持久寿命63～91h；能够作为航空、航天、舰船和发电材料。
[0049] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种压铸铝合金的熔炼低温固溶热处理方法 | 2020-05-13 | 783 |
| 利用压力进行固溶热处理的方法 | 2020-05-12 | 524 |
| 一种钛合金多重固溶时效热处理工艺 | 2020-05-12 | 500 |
| 一种铜铬锆系合金的双级固溶热处理方法 | 2020-05-13 | 823 |
| 铝锂合金大型板材固溶时效热处理方法 | 2020-05-13 | 35 |
| 固溶热处理炉 | 2020-05-11 | 909 |
| 钛部件的固溶热处理和过老化热处理 | 2020-05-11 | 651 |
| 一种不锈钢的固溶热处理工艺 | 2020-05-11 | 780 |
| 不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理设备 | 2020-05-13 | 385 |
| 固溶热处理炉 | 2020-05-11 | 679 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈