[发明专利]一种抑制原始颗粒边界形成的细晶粉末高温合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种抑制原始颗粒边界形成的细晶粉末高温合金的制备方法，包括以下步骤：(1)取预制粉体装入涂抹氮化硼涂层的高纯石墨压制模具中，所述预制粉体由以下重量百分比的原料组成：铬12.0‑17.0％、钴7.0‑14.0％、钨3.30‑4.20％、铌0.05‑3.50％、铝2.00‑3.70％、钛2.30‑3.90％、碳0.02‑0.07％、锆0.025‑0.070％、硼0.006‑0.020％、铁≤0.50％、锰≤0.150％、硅≤0.150％、硫≤0.015％、磷≤0.015％、余量为镍；(2)将上述步骤(1)的石墨压制模具进行冷压成型；(3)将上述步骤(2)中冷压成型后装有样品的石墨压制模具放入振荡压力烧结炉腔内进行烧结，即得成品。本发明采用振荡压力烧结的方式，使粉末高温合金的原始颗粒边界基本消除，并且晶粒细化均匀，在保证原始颗粒边界基本消除的前提下避免晶粒的异常长大，显著提高粉末高温合金的性能。

技术领域

本发明涉及一种细晶粉末高温合金的制备方法，尤其涉及一种抑制原始颗粒边界形成的细晶粉末高温合金的制备方法。

背景技术

目前，高温合金因其优异的高温强度、良好的延展性与断裂韧性、优良的抗氧化及抗热腐蚀性能，现已被广泛应用于航空发动机涡轮盘等热端部件。为满足高推重比、高功重比及高燃效航空发动机的发展要求，涡轮盘用高温合金的合金化程度越来越高，然而高合金化程度使得铸锭存在严重的宏观偏析、点偏缺陷和恶化的热加工塑性，由此导致常规铸锻工艺无法满足新型发动机对盘件的需要，而粉末高温合金的应用是解决这一问题的有效途径。因可实现高合金化的细化均匀组织、优异力学性能和热加工性能，粉末高温合金目前已成为高性能航空发动机涡轮盘的首选材料。

目前高性能细晶粉末高温合金制备的难点在于晶粒组织与原始颗粒边界的协同控制，即如何既保证晶粒细小均匀，又能抑制原始颗粒边界的形成。在细晶粉末高温合金的致密化过程中，易出现原始颗粒边界缺陷，该类缺陷是由细晶粉末原始颗粒边界处形成的碳化物、氧化物或硼化物等引起的。原始颗粒边界会阻碍金属颗粒间的扩散与连接，形成弱界面，且很难通过热处理消除。因此，原始颗粒边界可成为潜在裂纹源和裂纹扩展通道，显著降低细晶粉末高温合金的拉伸性能、冲击性能、低周疲劳性能和蠕变性能。为消除或减轻原始颗粒边界的有害影响，将烧结温度提高到γ′相溶解温度以上时，原始颗粒边界有所减轻甚至消除，细晶粉末高温合金的塑性明显提升，断裂方式也由沿颗粒边界的断裂转变为穿晶断裂，但这种过高的烧结温度也可能会引起晶粒组织异常长大现象的发生，导致细晶粉末高温合金屈服强度及极限强度的大大降低。因此，细晶粉末高温合金的致密化过程中，在保证原始颗粒边界减轻或消除的前提下避免晶粒的异常长大，是实现高性能(高强度高塑性)细晶粉末高温合金制备的关键。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种抑制原始颗粒边界形成的细晶粉末高温合金的制备方法，解决了晶粒组织与原始颗粒边界的协同控制问题，使细晶粉末高温合金的原始颗粒边界基本消除，并且晶粒细化均匀，显著提高细晶粉末高温合金的性能。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种抑制原始颗粒边界形成的细晶粉末高温合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)取预制粉体装入涂抹氮化硼涂层的高纯石墨压制模具中，所述预制粉体由以下重量百分比的原料组成：铬12.0-17.0％、钴7.0-14.0％、钨3.30-4.20％、铌0.05-3.50％、铝2.00-3.70％、钛2.30-3.90％、碳0.02-0.07％、锆0.025-0.070％、硼0.006-0.020％、铁≤0.50％、锰≤0.150％、硅≤0.150％、硫≤0.015％、磷≤0.015％、余量为镍；

(2)将上述步骤(1)的石墨压制模具进行冷压成型；

(3)将上述步骤(2)中冷压成型后装有样品的石墨压制模具放入振荡压力烧结炉腔内进行烧结，即得成品。

进一步地，上述步骤(3)中烧结的升温速率为6-9℃/min，烧结温度为1040-1200℃，保温时间为1-3h。