[发明专利]一种消除粉末冶金高温合金中原始颗粒边界的方法

说明书

技术领域

本发明属于属于粉末冶金高温合金技术领域，特别是提供了一种消除粉末冶金高温合金中原始颗粒边界的方法，适用于直接热等静压成形等离子旋转电极法制备的高温合金粉末制件。

背景技术

采用粉末冶金技术生产的高温合金具有晶粒细小、组织均匀、无宏观偏析、热加工性能和力学性能良好等优异特性，在航空航天领域先进发动机涡轮盘等热端部件中有着广泛应用。直接热等静压成形的粉末高温合金由于碳化物或其它析出相在颗粒表面择优沉淀，形成原始颗粒边界，原始颗粒边界阻碍了粉末颗粒之间的扩散和冶金结合，成为潜在断裂纹源，降低了合金的工艺塑性和力学性能，同时阻碍了晶粒的长大，使得合金的显微组织难以控制(Prakash T L，Tewari S N and Ramakrishnan P.Prior particle boundary(PPB)precipitates and the fractographic features of hot isostatically pressed(HIP)Nimonic AP-1P/M superalloy[A].Ramakrishnan P.Powder Metallurgy and Related High Temperature Materials[C].New Delhi：Mohan Primlani for Oxford&IBH Publishing Co.，1985：402～420；Blackburn M J，Sprague R A.Production of components by hot isostatic pressing ofnickel-base superalloy powders[J].Metals Technology，1977，4(8)：388-395.；AubinC，Davidson J H，Trottier J P.The influence of powder particle surface composition on the properties of a nickel-based superalloy produced by hot isostatic pressing[A].Tien J K.Superalloys 1980[C].Metals Park，Ohio：American Soc.For Metals，1980：345-354.)，是粉末冶金高温合金中三大缺陷之一。

国内外学者在研究消除原始颗粒边界方面做了大量的工作。MC型碳化物和氧化物的组成取决于合金的成分。预防原始颗粒边界形成或消除措施可以概括为(1)调整合金化学成分，降低碳含量，加入Hf、Nb等强碳化物形成元素，在粉末颗粒内部形成MC型碳化物，以降低在原始颗粒边界析出倾向；(2)采用粉末预热处理工艺，将松散粉末先在较低的M₂₃C₆型碳化物稳定温度范围内进行预热处理，在粉末颗粒内部形成M₂₃C₆型碳化物，再升至较高的MC型碳化物稳定温度范围进行热等静压压实，以减少HIP时在粉末颗粒表面析出稳定的MC型碳化物；(3)采用两步法热等静压工艺，在加热过程中先在较低温度下(一般低于1050℃)保温，然后再升高到热等静压温度压实；(4)在略低于固相线的高温下进行热等静压处理，然后再进行热变形获得所需晶粒组织；(5)采用热塑性加工工艺，可以破碎颗粒表面氧化物膜，在低于MC型碳化物形成温度下进行热等静压；(6)采用热挤压工艺破碎原始颗粒边界。

直接热等静压成形制备粉末冶金高温合金制件具有工艺简单、成本低、容易得到均匀的组织等特点，工艺流程见图21(从补充材料移来的)

国内直接热等静压成形的粉末冶金高温合金产品固溶处理温度一般不高于热等静压温度，固溶处理后在原始颗粒边界上生成大量的析出相，形成明显的原始颗粒边界；固溶热处理后原始颗粒边界更加严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除粉末冶金高温合金中原始颗粒边界的方法，解决了热处理后在原始颗粒边界上生成大量的析出相，形成明显的原始颗粒边界的问题。

本发明的工艺为：

对直接热等静压后的粉末冶金高温合金进行高温固溶处理，高温固溶处理温度为1180～1220℃，保温时间为1.5～4h，选择空冷或者冷速大于空冷冷速的冷却方式进行冷却，然后根据不同粉末冶金高温合金再进行相应的时效热处理(时效热处理制度不变，即为常规的时效热)；高温固溶处理后能够有效地消除或减弱粉末冶金高温合金中的原始颗粒边界。