[发明专利]一种U720Li高温合金的均匀化工艺

说明书

本发明属于高合金化高温合金热加工领域，尤其是一种U720Li高温合金的均匀化处理方法。首先将U720Li合金铸锭随炉升温至1080～1120℃，并保温20h或更长时间以溶解低熔点Ni₅Zr相；然后将炉温升高至1160～1180℃，并保温3h或更长时间以溶解合金中残留的微量M₃B₂硼化物；再将炉温升高至1200～1220℃，并保温30h或更长时间以溶解残留的(γ+γ′)共晶并消除元素偏析；最后将处理后的铸锭以适当速度冷却到室温。本发明采用低温预处理加高温扩散的三步均匀化处理步骤，能够有效解决U720Li合金铸锭“过烧”、元素偏析以及铸态枝晶残留等问题，可以有效消除U720Li合金铸锭的元素偏析并提高其热加工塑性。

技术领域

本发明属于高合金化高温合金热加工领域，尤其是一种U720Li高温合金的均匀化处理方法。

背景技术

U720Li合金是一种高强镍基高温合金，它具有优异的综合力学性能及良好的抗腐蚀抗氧化性能。该合金广泛应用于750℃以下工作的压气机盘和涡轮盘以及在短时间内900℃使用的涡轮盘，是新一代高性能航空航天发动机涡轮盘用关键材料之一。U720Li合金的合金化程度极高，元素偏析十分严重，枝晶间析出大量(γ+γ′)共晶，MC碳化物，η相，M₃B₂硼化物及Ni₅Zr相等有害脆性相。尤其是凝固后期析出的(γ+γ′)共晶尺寸较大数量较多，在锻造开坯过程中容易成为裂纹源，控制不当极易导致开裂。因此，必须采用合理的均匀化处理工艺，以改善铸锭的组织。然而，如果均匀化工艺选择不当会导致枝晶间的低熔点相发生熔化而产生“过烧”。例如，在1140℃保温下Ni₅Zr相已经熔化(图1a)，在1190℃保温下M₃B₂硼化物已经熔化(图1b)，在1230℃保温下(γ+γ′)共晶也发生了部分熔化(图1c)。显然，U720Li合金的均匀化工艺更加复杂，在设计铸锭均匀化工艺时必须避免这些析出相发生熔化。此外，还必须消除或降低元素偏析，否则会导致后续的热加工组织不均匀，严重降低合金的服役性能。对于涡轮盘来说，往往由于铸锭均匀化处理存在问题，导致锻造盘件出现裂纹、严重混晶及晶粒尺寸超标的现象，从而导致涡轮盘件报废，造成巨大浪费。因此，U720Li合金铸锭的均匀化处理制度显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种U720Li高温合金的均匀化处理方法，能够有效解决U720Li合金铸锭“过烧”、元素偏析及存在大量枝晶等问题，提高了该合金铸锭的热加工塑性，有利于棒材的锻造并使盘锻件获得均匀的再结晶组织。

为实现上述技术目标，本发明所提出的技术方案是：

一种U720Li高温合金的均匀化工艺，包括如下步骤：

(1)将U720Li合金铸锭随炉升温至1080～1120℃，并保温20h或更长时间以溶解低熔点Ni₅Zr相；

(2)将炉温升高至1160～1180℃，并保温3h或更长时间以溶解合金中残留的微量M₃B₂硼化物；

(3)将炉温升高至1200～1220℃，并保温30h或更长时间以溶解残留的(γ+γ′)共晶并消除元素偏析；

(4)将处理后的铸锭先随炉冷却到700℃以下，再空冷到室温。

所述的U720Li高温合金的均匀化工艺，优选的，步骤(1)中，将U720Li合金铸锭随炉升温至1120℃，平均升温速度为400℃/h，并保温45h以溶解低熔点Ni₅Zr相。

所述的U720Li高温合金的均匀化工艺，优选的，步骤(2)中，将炉温升高至1180℃，平均升温速度为2℃/min，并保温3h以溶解合金中残留的微量M₃B₂硼化物。