[发明专利]一种消除镍基粉末高温合金原始颗粒边界的方法

说明书

本发明公开了一种消除镍基粉末高温合金原始颗粒边界的方法，该方法包括：一、将镍基高温合金粉末装填入无缝管包套中依次进行真空脱气与焊封，得粉末装管体；二、将粉末装管体加热后锻造成型，得预成型件；三、将预成型件放入热等静压炉中进行热等静压处理，去除无缝管包套得到镍基粉末高温合金。本发明将粉末直接锻造与热等静压相结合，使镍基粉末高温合金颗粒间接触区域发生局部大塑性变形及动态再结晶，破坏了富含O、C、Al、Ti的粉末颗粒表面的完整性，促进了镍基粉末高温合金颗粒间的扩散与连接，避免了在后续的热等静压处理致密化过程中碳(碳氧)化物、氧化物或γ′相的形成，进而消除了镍基粉末高温合金中的原始颗粒边界缺陷。

技术领域

本发明属于金属材料制备领域，具体涉及一种消除镍基粉末高温合金原始颗粒边界的方法。

背景技术

航空发动机作为高端制造业的明珠，是影响飞机性能的关键因素之一。现代先进航空发动机始终追求高推重比、较长的服役寿命及可靠性，对涡轮盘、涡轮叶片、篦齿盘等关键热端部件提出了严苛的要求。由于粉末高温合金有效地解决了传统铸造高温合金成分偏析和组织均匀性差的问题，成为高性能涡轮盘等关键部件的首选材料。高温合金粉末主要制备方法有旋转电极法、氩气雾化法以及溶氢雾化法。制粉过程中合金熔液被破碎成液滴，冷却速率达10²～10⁴℃/s，结晶速度快，没有明显的偏析。相比于传统铸锻件，粉末冶金产品力学性能优异，材料利用率高，综合成本低。随着航空技术的发展，粉末高温合金在航空发动机中的需求量逐渐增加，性能要求也越来越高。

虽然高温合金粉末制备中常用高纯氩气作为雾化气体或者保护气氛，但是原料及雾化气体中不可避免的存在一定含量的氧。粉末颗粒表面因而会富集一层O及C、Ti、Al等元素，甚至是形成一层氧化物薄膜。后续热等静压过程中，在原始颗粒表面位置常形成碳(碳氧)化物、氧化物或γ′相，阻碍金属粉末颗粒间的扩散与连接，形成原始颗粒边界。作为粉末高温合金常见的主要缺陷之一，原始颗粒边界对力学性能有着至关重要的影响，在力学性能试样断口上常表现为颗粒间断裂，降低材料的疲劳寿命、冲击、持久、拉伸、韧性等力学性能。在热处理淬火过程中，原始颗粒边界也会促进裂纹萌生和裂纹扩展，造成淬火开裂。

为消除或者减少原始颗粒边界缺陷，国内外学者开发了一些工艺方法，主要包括：控制氧含量的方法，如雾化过程中使用高纯气体，高温脱气等；添加Hf、Ce等强碳化物形成元素，如中国专利CN102676881A、美国专利US4030946；高温固溶热处理，如中国专利CN102409276A；采用特殊热等静压工艺，如中国专利CN103551573A；粉末表面活化，如中国专利CN106032554A；大塑性变形，如中国专利CN102392147B、欧洲专利EP2019150A1等。

然而，上述技术方案中，控制氧含量及添加Hf、Ce等强碳化物形成元素的方法难以完全消除原始颗粒边界缺陷；进行高温固溶热处理、特殊热等静压处理，加工过程温度过高，造成晶粒粗大，引起性能下降；大塑性变形、粉末表面活化设备要求高，增加制造工序复杂性及生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种消除镍基粉末高温合金原始颗粒边界的方法。该方法将粉末直接锻造与热等静压相结合，使镍基粉末高温合金颗粒间接触区域发生局部大塑性变形及动态再结晶，破坏了富含O、C、Al、Ti的粉末颗粒表面的完整性，促进了镍基粉末高温合金颗粒间的扩散与连接，避免了在后续的热等静压处理致密化过程中碳(碳氧)化物、氧化物或γ′相的形成，进而消除了镍基粉末高温合金中的原始颗粒边界缺陷。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种消除镍基粉末高温合金原始颗粒边界的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将镍基高温合金粉末装填入无缝管包套中，然后依次进行真空脱气与焊封，得到粉末装管体；