[发明专利]一种难变形高温合金GH141冷拔材加工工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属材料冷拔加工领域，公开一种难变形高温合金冷拔材加工工艺，主要用于紧固件用GH141合金冷拔材的生产。

背景技术

难变形高温合金冷拔材，因其具有耐高温、强度高、耐腐蚀、抗氧化等优异的使用性能，大多用于航空航天发动机关键部件。由于该类合金高强度，在冷加工中内应力急剧增大，极易出现裂纹缺陷，尤其棒材性能指标要求高、组织要求严格，成材率偏低。

GH141合金是在借鉴美国Rene′41合金成分与工艺基础上,经过优化调整合金成分、添加B、Zr等微量元素强化晶界等,研制出的一种沉淀硬化型镍基高温合金,合金在870℃以下具有较高的抗拉强度和持久强度,适于制作850℃以下要求高强度和980℃以下要求抗氧化的航空、航天发动机高温部件。

GH141合金是难变形高温合金的典型品种，由于合金中含有大量的固溶强化元素C、Mo、Cr、Co等，并含有较多的Al、Ti时效强化元素，合金中Al、Ti元素含量和达到4.7%以上，其γ’相Ni3(Al、Ti)的含量达到24%左右，使合金的加工塑性差，变形温度范围窄，属于非常难变形合金，尤其冷变形加工，因拔制后棒材产生较大的内应力，放置时间过长易造成棒材自身产生应力裂纹，同时在退火及热处理过程中，达到750℃～910℃时，强化相γ’相大量析出，产生较大的组织应力，两种应力相叠加极易引起棒材表面横向和纵向裂纹，造成冷拔棒材大量判废。生产为避免棒材产生应力裂纹，在棒材拔制后需要快速进行软化退火处理，严重影响生产效率，并且在软化退火过程中还是存在表面裂纹现象，因此冷拔材成材率极低，只在20%～30%左右，同时因需要多次软化退火，能源消耗高，生产效率低。并且冷拔棒材标准中对室温拉伸和760℃高温拉伸塑性，要求同为断后伸长率≥8%，断面收缩率≥10%，难以满足。难变形高温合金通常作为军工用重要材料，国外对其生产技术严格保密，无法查找到相关资料。

发明内容

[0003] 本发明公开一种难变形高温合金GH141冷拔材加工工艺，一方面通过控制冷拔坯料的组织和冷拔减面量，采取特殊的矫直工艺减小冷拔后棒材内部的应力，避免其与退火及热处理过程中的组织应力相叠加，造成棒材裂纹缺陷；另一方面通过采用合理的热处理工艺，获得良好使用性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

1、工艺路线为：真空感应冶炼→真空自耗重熔→自耗锭表面车光→轧制开坯→软化退火处理→棒材坯料表面磨光→草化、皂化→冷拔→矫直→棒材热处理；其中加工工艺包括轧制开坯工艺、软化退火工艺、冷拔工艺、矫直工艺以及棒材热处理工艺。

2、具体工艺措施

⑴热轧开坯工艺：热轧开坯温度为1140℃～1160℃，末火轧制

变形量≥35%，停轧温度≥990℃，使轧制开坯后棒材的晶粒度级别达到不小于6级；

⑵软化退火工艺：退火温度为1070℃～1090℃，风冷快速冷却，并确

保棒材坯料退火均匀；

⑶冷拔工艺：退火后的棒材坯料表面处理（磨光）后，经过草化、皂

化，进行冷拔拔制，冷拔减面量控制在9%～11%；

⑷矫直工艺：冷拔后棒材需立即经过两种矫直处理，分别为多辊矫直

和双曲滚光矫直，并且每支棒材双曲滚光矫直的次数应不少于3次，除保证棒材弯曲度外，最重要的作用是消除冷拔后棒材内部应力，避免棒材在后续放置及退火和热处理过程中出现裂纹；

⑸成品热处理工艺：冷拔后棒材经1070℃～1090℃退火处理30min，

固溶处理1110℃～1130℃，保温30min～40min空冷，时效处理890℃～910℃保温3.5h～4.5h，空冷。

    本发明的优点和创新点在于：

    ⑴防止冷拔棒材裂纹产生的技术措施：

 ①控制冷拔坯料的组织状态，通过控制热轧轧制温度及变形量，使坯

料组织均匀，晶粒细小，可有效减少裂纹产生倾向；

②通过软化退火，降低冷拔坯料的硬度；

③通过拔制后的矫直工艺，可以有效减少冷拔后棒材内部的应力，避免在放置及后续热处理过程中产生裂纹。矫直工艺分为两步，首先采用多辊矫直机进行矫直处理，之后采用双曲滚光矫直，并且每支棒材双曲滚光矫直的次数应不少于3次。