[发明专利]一种适用于铸造高温合金的过时效热处理工艺

说明书

一种适用于铸造高温合金的过时效热处理工艺，包括以下步骤：将铸造高温合金进行固溶处理后，然后进行高温时效处理，最后进行低温时效处理；其中，高温时效处理的具体过程为:完成固溶处理冷却至γ’相固溶温度以下50‑150℃范围内并保温，保温时间不超过3小时，随后空冷至室温。经过该工艺处理的铸造高温合金与其在铸态时相比在750℃屈服强度提高3‑10％，延伸率提高90‑120％；与未经高温时效的热处理态合金相比其在750℃屈服强度降低不超过10％，延伸率提高60‑100％。

技术领域

本发明属金属热处理技术领域，具体涉及一种适用于铸造高温合金的过时效热处理工艺。

背景技术

在晶粒内部均匀弥散析出细小的γ’相是确保合金具备优异的高温强度的重要保障。目前，以γ’相作为主要强化相的高温材料已广泛应用在能源、电力、航空航天等多个领域，并获得了良好的使用效果。提升γ’相体积分数是进一步提高合金高温强度的有效途径。然而，这也将为合金的高温变形带来极大困难，从而导致具有较复杂形状高温部件的加工制备成本急剧上升。这是由于为获得良好的加工性能，高温合金热变形温度往往会选择在γ’相固溶温度以上。而γ’相的固溶温度往往伴随着其体积分数的增加而上升。因此，增加合金中γ’相体积分数的同时，也为合金的加工变形带来极大困难。目前获得广泛应用的镍基或铁镍基高温合金中，γ’强化相的体积分数一般不超过20％，并且随着γ’相体积分数的增加，合金热加工窗口显著缩小，合金加工成本急剧上升。

高温合金铸造直接成型可满足复杂形状工件的尺寸要求。此外，由于采用铸造工艺可直接成型而省略后期的冷、热加工等步骤，因此铸造高温合金往往可以具有更大体积分数的γ’而使材料获得更高的强度性能。然而，采用铸造工艺制备的部件由于冷却速度的差异等因素，铸件往往沿凝固方向形成柱状树枝晶。这种具有粗大尺寸的晶粒难以起到协调变形的效果，因此铸造高温合金与变形高温合金相比常常表现出较差的塑性。尤其是当合金中γ’相体积分数较大时，合金晶粒内部获得了较高的强度，但同时晶粒难以变形，导致晶界滑移困难而产生应力集中，进一步促进裂纹的萌生与扩展。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种适用于铸造高温合金的过时效热处理工艺。

为了实现以上发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种适用于铸造高温合金的过时效热处理工艺，包括以下步骤：将铸造高温合金进行固溶处理后，然后进行高温时效处理，最后进行低温时效处理；其中，高温时效处理的具体过程为：完成固溶处理后冷却至γ’相固溶温度以下50-150℃范围内并保温，保温时间不超过3小时，随后空冷至室温。

本发明进一步的改进在于，所述铸造高温合金为铁镍基或镍基高温合金。

本发明进一步的改进在于，所述铸造高温合金在热力学平衡态下γ’相体积分数不低于15％。

本发明进一步的改进在于，所述以5-15℃/min的速度冷却至γ’相固溶温度以下50-150℃范围内。

本发明进一步的改进在于，所述固溶处理的具体过程为：将铸造高温合金在γ’相固溶温度以上30-50℃范围内保温20min-60min，升温至高于γ’相固溶温度以上150-350℃范围内并保温0.5-2小时。

本发明进一步的改进在于，以5-10℃/min的速率升温至高于γ’相固溶温度以上150-350℃范围内。

本发明进一步的改进在于，所述低温时效处理的具体过程为：完成高温时效处理后加热至γ’相固溶温度以下300-400℃范围内，并保温不超过20小时，随后升温至γ’相固溶温度以下200-300℃范围内并保温5-10小时，最后空冷至室温。

本发明进一步的改进在于，以10-15℃/min的速率升温至γ’相固溶温度以下200-300℃范围内。