[发明专利]一种高硬度镍基高温合金的热处理方法

说明书

本发明公开了一种高硬度镍基高温合金的热处理方法，属于高温合金热处理技术领域。工艺包括以下步骤：真空固溶处理：将成形后的镍基高温合金部件在真空炉内固溶处理并通氮气快速冷却；单阶段时效处理：固溶处理后的镍基高温合金部件在760±20℃下保温15‑17h空冷。本发明的优点是，与传统热处理工艺相比，该热处理工艺在提高镍基高温合金硬度值方面具有意想不到的效果；处理后的合金硬度值不仅高于传统真空固溶+时效处理后合金硬度值，且与标准热处理态合金相比硬度值更高(提升10％)。该热处理工艺特别适用于对镍基高温合金硬度值有较高要求的部件，可以大幅度提升合金部件的服役表现和使用寿命，极具推广价值。

技术领域

本发明涉及一种高硬度镍基高温合金的热处理方法，属于高温合金热处理技术领域。

背景技术

高温合金是指能在600℃以上的高温条件下长期服役的金属材料，具有良好的高温力学性能，较高的抗氧化和耐腐蚀能力。基于以上特点，高温合金已成为广泛应用于航空、航天、石油化工的一种重要材料。高温合金的合金化程度较高，按基体元素来分又可细分为铁基、镍基、钴基等高温合金，其中镍基高温合金应用最为广泛。

成形后的镍基高温合金零部件在服役之前往往需要进行固溶及时效处理，以同时具备良好的塑性、韧性、耐腐蚀性，以及出色的强度和延迟断裂抗力，保证其在相关领域的使用过程中可以长期稳定工作。除需具备良好的综合性能外，在某些应用场景对合金部件的硬度值有突出要求。高的硬度可以增强合金耐磨性以及抵抗外力造成的变形、破坏能力。以紧固件为例，由镍基高温合金制作的螺钉、螺帽等紧固件已被广泛用于各型飞机发动机上，其服役过程中必须能够抵抗外力作用，不发生松动、破坏，因此对硬度要求极高。

镍基高温合金以面心立方奥氏体为基体，主要强化相为共格析出的γ′相。当合金中γ′相形成元素的含量一定时，γ′相在合金基体中的体积分数可以看作是定值，此时γ′相的尺寸分布成为决定合金性能的主要因素。γ′相的尺寸调控主要通过控制热处理工艺参数实现。目前，镍基高温合金的标准热处理工艺多使用固溶+时效的方式。具体地，固溶处理后的合金置于水、油等介质中淬火以抑制冷却过程中γ′相的析出长大，之后进行标准的时效处理使γ′相充分析出的同时进一步调控γ′相尺寸。

在实际生产过程中，成形后的合金零部件在高温条件下进行固溶处理后存在表面氧化不均匀导致不同程度的腐蚀等情况，需在热处理后增加酸洗、修磨等工序，生产周期长且易发生产品尺寸超差、报废等问题，严重影响产品研制生产进度。通常的解决此问题的方式是进行真空固溶处理。

虽然真空固溶处理可以解决合金表面质量问题，但真空固溶处理后合金的冷却速率较慢，导致γ′相形核数量少且尺寸较大。如果对真空固溶处理后合金继续施加标准时效处理，γ′相的尺寸会进一步快速长大，合金硬度值会下降，使得合金部件在服役期间存在较大的安全隐患。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高硬度镍基高温合金的热处理方法，该套热处理工艺在提升合金部件硬度值方面效果显著，解决了传统真空固溶+时效处理后合金硬度值下降的技术难题，极大程度提高了合金部件的服役表现和使用寿命，特别适合于对镍基高温合金硬度值有较高要求的部件，极具推广价值。

本发明所述的一种高硬度镍基高温合金的热处理方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：对成形后的镍基高温合金部件预处理，去除表面氧化层或油污，清洗并烘干；

步骤2：将预处理得到的合金部件置于真空热处理炉中，并抽真空至10^-2Pa以下；

步骤3：合金部件以5-10℃/min速率升温至1000-1080℃的固溶温度保温10-60min；