[发明专利]一种不锈钢整体叶盘热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料热处理技术领域，特别涉及一种13Cr15Ni4Mo3N不锈钢材料制成的整体叶盘的热处理方法。

背景技术

现代高性能发动机(特别是航空发动机)的压气机部件对选用的材料强度、硬度和塑性提出了更高的要求，目前在发动机制造过程中，通常对叶片盘零件采用不锈钢锻造加工来整体成型，同时采用多级热处理的方法提高合金强度，这样来提高该整体叶盘零件的综合性能。

目前的压气机叶片盘零件一般选用钛合金或不锈钢制造，其强度均在1100MPa以下，为了提升叶盘的强度，需要选用更高强度的合金钢。新一代高强度钢13Cr15Ni4Mo3N，属于马氏体沉淀硬化不锈钢，理论上抗拉强度可达到1200MPa以上，硬度达到HRC37以上，并且具有良好的耐腐蚀性，能够很好地满足发动机压气机叶盘的使用要求。

现有的对不锈钢材料的热处理方法可参见中国专利CN103436672A、CN104372140A、CN103555895A等文献记载，但这些现有的热处理方法难以使13Cr15Ni4Mo3N不锈钢材料达到1200MPa以上的抗拉强度指标，且对于整体叶盘这样的零件，现有的热处理方法会使产品频繁出现淬火裂纹，从而导致整体叶盘零件报废或降级，目前在使用13Cr15Ni4Mo3N不锈钢材料制造叶盘零件的过程中，还没有有效解决方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种不锈钢整体叶盘热处理方法，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种不锈钢整体叶盘热处理方法，其用于对由13Cr15Ni4Mo3N不锈钢材料制成的整体叶盘零件进行热处理，其包括如下步骤：

步骤A，预备热处理：一级退火，将所述整体叶盘装入到空气炉中，加热到880～900℃，保温8～10小时后出炉空冷。二级退火，将所述整体叶盘装入到空气炉中，加热到650℃～670℃，保温5～6小时后出炉空冷。三级退火，将所述整体叶盘装入到空气炉中，加热到770℃～690℃，保温10～12小时后出炉空冷；四级退火，将所述整体叶盘装入到空气炉中，加热到570℃～600℃，保温8～10小时后出炉空冷。

步骤B：一次淬火：将所述整体叶盘装入到空气炉中，加热到1030℃～1050℃，保温3～4小时后出炉进行水冷。水冷过程中所述整体叶盘在水槽中上下摇动不小于5min，并在水中浸泡1小时以上。

步骤C：一次冷处理：将所述整体叶盘装入冷处理设备，降温至-75℃～-73℃，保温6～6.5小时，出炉空冷4小时以上。

步骤D：二次淬火：将所述整体叶盘装入到空气炉中，加热到940℃～960℃，保温2～3小时后出炉行水冷。水冷过程中所述整体叶盘在水槽中上下摇动不小于5min，并在水中浸泡1小时以上。

步骤E：二次冷处理：将所述整体叶盘装入冷处理设备，降温至-75℃～-73℃，保温6～6.5小时，出炉空冷4小时以上。

步骤F：低温回火：将叶片盘加热到530℃～550℃，保温5～6小时后出炉空冷。

优选地，在步骤B和步骤D中，所述整体叶盘在水槽中上下垂直移动行程不小于所述整体叶盘的厚度的2倍，且上下垂直移动所述整体叶盘的频率在20次/分钟-40次/分钟。

本发明所提供的一种不锈钢整体叶盘热处理方法，其制备的叶盘零件在室温可达到1200MPa以上的抗拉强度指标，且HRC硬度值分布均匀，无淬火裂纹、无室温脆性，耐蚀性好。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明发明的具体实施方式。

本发明提供了一种不锈钢整体叶盘热处理方法，其用于对由13Cr15Ni4Mo3N不锈钢材料制成的整体叶盘零件进行热处理，其包括如下步骤：

步骤A，预备热处理：一级退火，将所述整体叶盘装入到空气炉中，加热到880～900℃，保温8～10小时后出炉空冷。二级退火，将所述整体叶盘装入到空气炉中，加热到650℃～670℃，保温5～6小时后出炉空冷。三级退火，将所述整体叶盘装入到空气炉中，加热到770℃～690℃，保温10～12小时后出炉空冷；四级退火，将所述整体叶盘装入到空气炉中，加热到570℃～600℃，保温8～10小时后出炉空冷。

在预备热处理过程中，采用四级退火，可不断调整奥氏体、珠光体含量，也就能够完全消除毛坯锻造加工产生的残余应力，并将合金内部组织调整均匀，为后续淬火提供组织保证。