[发明专利]一种提高GH4145合金板材表面性能的处理工艺

说明书

提供一种提高GH4145合金板材表面性能的处理工艺，本发明针对石化、核电等领域用的高品质变形高温合金GH4145带材存在的表面硬度低、批次性能波动大、残余应力高、疲劳寿命短等问题，结合板材制备、激光冲击强化等技术，设计出包括GH4145合金纯净熔炼、机加工、热轧、冷轧、激光冲击强化等工序，有助于提高GH4145合金板材的冶金质量水平与性能稳定性，制备的GH4145合金板材表面光洁度高、抗疲劳性能好，制造成本较低，满足制备的零部件高可靠、长寿命的需求。

技术领域

本发明属于变形高温合金板材制备技术领域，具体涉及一种提高GH4145 合金板材表面性能的处理工艺。

背景技术

GH4145是一种镍-铬-铁基变形高温合金，对应的美国合金牌号为Inconel X750或NO7750，该合金在980℃以下具有较好的抗氧化性及耐腐蚀性，同时具有优良的加工成形性能和焊接性能，制备成的产品包括板材、带材、丝材、管材、棒材和锻件等。GH4145合金应用非常广泛，不但可用于制造航空发动机中强度要求较高的耐腐蚀零部件，而且可用于制备地面燃气轮机的涡轮叶片以及石化、核电等领域的钣金件和锻件等。在石油化工等领域中，大量采用GH4145板材制备钣金件、大型高压容器等结构件，使用过程中对GH4145合金板材表面的耐腐蚀性能、抗疲劳性能、硬度等指标要求较高。目前，现有工艺制备的GH4145合金板材存在质量不稳定、力学性能批次间波动大、表面强度低等问题。此外，随着石化装备性能的提升，必须进一步延长GH4145合金板材的使用寿命，要求提高板材疲劳性能和表面硬度等。通常采用的方法是在GH4145合金成分的基础上，增加金属铌(Nb)元素，降低碳(C)元素的含量，以提高材料的疲劳性能的强度，同时通过严格控制冶炼过程和采用优质原材料，减少GH4145合金板材中有害气体和杂质的含量，但是这种方法成本较高。这就需要采用更加先进的制备工艺方法，在提高材料疲劳性能，保证产品质量的同时降低成本。

激光冲击强化技术原理是一种利用强激光束产生的等离子能量波冲击金属材料表面区域，提高材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力的先进技术，该技术具有非接触、无热影响区、工艺波动性小以及强化效果显著等优点。总体而言，激光冲击强化采用高功率密度、短脉冲(10～30ns量级)的激光，通过透明约束层作用于金属表面所涂覆的能量吸收涂层时，涂层吸收激光能量迅速气化并同时形成大量稠密的高温、高压的等离子体。该等离子体继续吸收激光能量急剧升温膨胀，然后爆炸形成高强度冲击波作用于金属表面。当冲击波的峰值压力超过材料的动态屈服强度时，金属材料发生塑性变形并在表层产生垂直于材料表面的压应力。激光冲击作用结束后，由于冲击区域周围金属材料的反作用，其力学效应表现为金属表面获得较高的残余压应力。残余压应力会降低材料服役过程中交变载荷产生的拉应力水平，使平均应力水平下降，从而提高疲劳裂纹萌生寿命，延长产品服役时间。

在激光冲击强化过程中，金属制件表面涂层的作用主要是保护工件不被激光过烧并增强对激光能量的吸收。目前，激光冲击强化金属材料表面常用的涂层材料有黑漆、铝箔，而涂层材料表面的约束层除了能约束等离子体的膨胀从而提高冲击波的峰值压力外，还能通过对冲击波的反射延长其作用时间。近年美国已将激光冲击强化用于航空部件的制造和修理。例如，美国 MIC公司将激光冲击强化技术用于喷气发动机叶片以改善其疲劳寿命，不但提高了航空发动机的安全可靠性，而且每月可节约飞机保养费数百万美元。我国已经开始激光冲击强化技术的研究，主要进行理论探讨和针对铁基的钢铁材料、铝合金材料等的试验研究，对高温合金材料激光冲击强化研究的较少。

变形高温合金GH4145板材主要通过热轧、冷轧、退火或固溶热处理、酸洗、抛光，并平整、切边后直接供应交付用户使用，基本没有对板材表面做进一步的强化处理。本发明针对航空航天、石化等领域对高品质GH4145板材的需求，设计了一种进一步提高GH4145板材表面性能质量的方法，具有工艺简单、质量稳定等优点。

发明内容