[发明专利]一种对大尺寸GH4738合金锻件进行快速时效的热处理工艺

说明书

本发明公开了一种对大尺寸GH4738合金锻件进行快速时效的热处理工艺，属于镍基高温合金热处理的技术领域。该工艺首先将大尺寸GH4738合金锻件进行固溶处理，并采用先炉冷后空冷的方式冷却；然后将其在加热炉中进行时效处理，时效处理温度740‑760℃，保温时间4‑8h，取出后空冷。本发明通过优化固溶处理之后合金的冷速，搭配短时间时效处理，促使GH4738合金基体中形成了弥散且均匀分布的γ′相。本发明处理工艺在提升合金锻件室温下强度均匀性方面具有意想不到的效果。其中室温下锻件边缘与心部区域对应的抗拉强度差异由40MPa左右降低到了15MPa以内，屈服强度差异由50MPa左右降低到15MPa以内。同时，与传统时效处理相比本发明热处理工艺大大缩短了时效处理时间，提高了生产效率、降低了生产成本，具有重要的生产应用价值。

技术领域

本发明涉及镍基高温合金热处理的技术领域，具体涉及一种对大尺寸GH4738合金锻件进行快速时效的热处理工艺。

背景技术

高温合金又称耐热合金或超合金，其在高温环境下具有优良的力学性能和稳定性。其中，GH4738是一种Ni-Cr-Co基沉淀硬化型变形高温合金，在高温下具有良好的塑性变形能力，在760-870℃的高温条件下具有较高的强度和抗疲劳、抗腐蚀性能，目前在航空、能源领域应用广泛。

在众多应用中，GH4738合金由于加工塑性良好、组织性能稳定，被广泛用于制作大尺寸涡轮盘等锻造件。烟气轮机是以烟气为工作介质，将烟气的热能和压力能转变为机械能的原动机。目前烟气轮机在石油化工领域应用广泛，尤其是应用于石油炼厂硫化催化裂化装置再生烟气能量回收系统中。由于其特殊的结构设计要求，需大量使用大尺寸的GH4738镍基高温合金锻造涡轮盘，这是因为该构件使用工况复杂恶劣，要求同时具有强的应力腐蚀抗力以及强韧性能。

GH4738合金主要通过γ′相沉淀析出以强化合金基体。为了获得最佳性能，合金锻件在使用前需要通过热处理来优化沉淀相的分布形态以达到提高合金性能的目的。γ′相作为强化合金基体的主要析出相和强化相，其形状、尺寸和分布显著影响合金力学性能，而通过控制热处理工艺参数可以改变γ′相的形态和分布，有利于进一步发挥合金的潜力。

目前，锻造态的GH4738合金锻件常采用固溶+时效的热处理手段以改善、调整其力学性能。高温合金手册规定的GH4738合金固溶处理完成后采用油冷的方式冷却，之后的时效处理工艺为845℃/4h+760℃/16h，又称标准双时效工艺。但需要注意的是，对于大尺寸GH4738合金锻件，尤其是直径大于1000mm、厚度大于200mm的大尺寸锻造涡轮盘而言，固溶处理之后即使采用油冷也难以完全抑制γ′相的析出长大，导致固溶处理后锻件边缘与心部之间γ′相含量差异较大。后续的时效处理并不能消除这种组织差异，最终导致合金锻件本体强度起伏大，力学性能指标合格率低。此外，现有的时效处理时间较长(两段时效时间总长达20h)，生产周期久，能耗高，效率低。

当前对大尺寸GH4738合金锻件的研究主要集中在锻件本身的加工工艺上，例如，专利(专利号：CN105177478A)提出了一种GH4738高温合金大型铸锭的开坯方法；专利(专利号：CN103341586A)提出了一种实现GH4738镍基高温合金涡轮盘的成形方法，但对成形后锻件的热处理工艺研究较少。因此，亟需开发一种适用于大尺寸GH4738合金锻件的快速时效热处理工艺，在提高合金力学性能均匀性的同时，大幅度缩短时效处理时间，提高生产效率、降低成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术问题，提出了一种对大尺寸GH4738合金锻件进行快速时效的热处理工艺，该工艺利用短时间时效处理，在提高生产效率、降低成本的同时，促使GH4738合金锻件基体中形成弥散且均匀分布的γ′相，可以明显提升合金的强度均匀性。

本发明所述的一种对大尺寸GH4738合金锻件进行快速时效的热处理工艺，其特征在于包括以下步骤：