[发明专利]一种基于脉冲电流处理镍基变形高温合金强韧化的方法

说明书

本发明属于金属材料力学性能增强技术领域，提供了一种基于脉冲电流处理镍基变形高温合金强韧化的方法，工艺步骤主要包括合金经高温固溶处理后，再利用脉冲电流时效处理。本发明利用脉冲电流对镍基变形高温合金进行短时时效处理，工艺简单，节省能源。与常规时效处理相比，脉冲电流时效处理后镍基高温合金合金强度至少提高约20％以上，塑性至少提高约25％以上，实现镍基变形高温合金强度和塑性同时增强。

技术领域

本发明属于金属材料力学性能增强技术领域，主要涉及一种镍基变形高温合金强韧化的方法。

背景技术

高温合金是国家科技发展水平、国防能力的重要标志性金属材料，作为航空航天领域高温结构件用材料，占据不可替代的地位。目前，高温合金已成为制造发动机高温结构件的重要材料之一，在现代航空发动机制造业中有举足轻重的地位。随航空发动机推重比不断提高，对发动机涡轮盘、涡轮轴和叶片等关键部件提出了更高的服役要求，所用合金除需具有良好抗热腐蚀性能、良好的长期服役组织稳定性外，还需要优异的高温强度、良好的塑性，以确保合金安全服役。

高温合金的强化手段主要包括固溶强化、第二相强化、晶界强化和工艺强化(冶炼工艺强化、铸造工艺强化、形变强化、热处理强化及机械合金化强化)。高温合金韧化方法主要包括控制有害相、添加有益合金元素以及控制晶粒的尺寸与形状。通过添加合金元素强化合金是一种行之有效的方法，随着合金化程度提高，合金强度提高。与此同时，合金热加工过程中变形抗力也随之增大，导致严重的加工硬化行为，进而造成加工变形困难等问题，严重影响了高温合金的生产和实际应用。因此，寻找新的方法促进高温合金强度增大的同时韧性增强，成为亟待解决的关键问题。

1963年脉冲电流技术首次应用于金属材料，近年来其对金属材料微观组织及性能的影响被广泛研究。大量研究结果表明脉冲电流有效提高合金的塑性变形能力，同时脉冲电流具有促进金属材料强度增大的潜能。Baranov研究发现脉冲电流促进L62铜强度增大。脉冲电流作用下硼钢强度和塑性同时增大，原因在于脉冲电流诱导析出细小马氏体。脉冲电流显著影响金属材料的微观组织，进而影响金属材料的性能，有利于实现金属材料强韧化。

发明内容

本发明旨在基于以上存在的问题，提供一种工艺简单、方便操作的镍基变形高温合金强韧化的方法。

具体技术方案为：一种基于脉冲电流处理镍基变形高温合金强韧化的方法，按照以下工艺步骤进行：

(1)高温固溶处理：固溶处理温度为950～1300℃，处理时间为10～60min；

(2)脉冲电流时效处理，处理参数为：脉冲电流密度100～600A/mm，脉冲电流频率为2～50Hz，脉冲电流宽度为15～30μs；脉冲电流时效处理温度为700～850℃，处理时间为5～60min。

进一步地，上述脉冲电流时效处理的优选参数：脉冲电流密度400～500A/mm，脉冲电流频率为10～40Hz；脉冲电流时效处理温度为750～800℃，处理时间为5～20min。

本发明所述脉冲电流时效处理镍基变形高温合金强韧化方法的原理：高温合金经高温固溶处理后，合金元素回溶于基体。在不同的温度下进行短时时效处理，可以获得不同析出相(析出相种类、析出相数量、析出相尺寸、析出相形貌)组成的微观组织。利用脉冲电流对合金进行时效处理，焦耳效应作用下试样温升速度快、加热效率高，超高的加热速率导致热膨胀滞后于温升，试样中形成大量缺陷。此外，脉冲电流非热效应作用下原子扩散运动增强。因此，脉冲电流显著影响合金的微观组织结构，从而合金获得优异的综合性能。

本发明的有益效果为，利用脉冲电流对镍基变形高温合金进行短时时效处理，工艺简单，节省能源。与常规时效处理相比，脉冲电流时效处理后镍基高温合金合金强度至少提高约20％以上，塑性至少提高约25％以上，实现镍基变形高温合金强度和塑性同时增强。

附图说明