[发明专利]一种具有抗变形抗再结晶效果的单晶高温合金的热处理工艺

说明书

本发明涉及单晶高温合金制备技术领域，提供了一种具有抗变形抗再结晶效果的单晶高温合金的热处理工艺，通过两次保温处理，使单晶高温合金中的大部分铸造残余应力得到释放；通过波动循环热处理使单晶高温合金中的铸造应力得到完全释放，有效防止了单晶高温合金在固溶热处理过程中发生形变，抑制再结晶形成，极大提高了双层壁超气冷叶片良品率，具有极大的工程和经济效益；结合后续进行的固溶处理和时效处理，可使铸件内元素分布完全均一化，提高铸件高温服役效果。

技术领域

本发明属于单晶高温合金制备技术领域，具体涉及一种具有抗变形抗再结晶效果的单晶高温合金的热处理工艺。

背景技术

航空发动机作为飞机的核心部件，不断提高其涡轮前温度对航空器的发展具有至关重要的。近年来随着航空发动机的不断发展，其涡轮前温度设计高达2400K，因此高压涡轮单晶叶片将采用目前冷效最高的双层壁超气冷结构，通过降低叶片厚度，设计双层壁、复杂内腔结构和气膜冷却，显著提高了冷却效率。

双层壁超气冷结构其关键特征是铸造单晶高温合金薄壁铸件，其厚度将低至0.5mm。在精密铸造或蜡模铸造过程中，熔融金属将在陶瓷型芯周围冷却并形成固态金属，一方面由于两者的热膨胀系数的不同将导致铸造过程中引入较大的铸造机械应力；另一方面在单晶高温合金铸件凝固末期，由于铸件横截面和厚、薄不同之处存在着温度差，而产生铸造热应力，上述铸造过程中的残余应力将保留在铸件中，并在随后的热处理过程中被释放。

单晶高温合金铸件铸造成型后，由于枝晶干枝晶间组织成份的不均匀性，通常需采用多级热处理的办法进行固溶处理。由于目前高代次单晶高温合金含大量Re、W等难熔元素成分，因此通常需在1300℃以上温度保温6h以上以消除偏析。然而，在此温度下由于铸造应力的大量释放，以及构件在高温下屈服强度的降低，通常会导致两个问题，问题一：铸造残余应力的释放导致叶片薄壁区变形；问题二，铸造残余应力以及其造成叶片变形诱发再结晶。上述问题的出现，导致叶片良品率下降，造成较大经济损失；同时由于厚度减少导致蠕变寿命下降的叶片薄壁区域，高温服役效果显著下降，甚至发生叶片薄壁区由于应力集中导致叶片断裂失效。

因此，亟需提供一种具有抗变形抗再结晶效果的单晶高温合金的热处理工艺。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有抗变形抗再结晶效果的单晶高温合金的热处理工艺，利用本发明提供的热处理工艺，可显著降低单晶高温合金的热变形倾向，并可有效抑制铸件再结晶。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种具有抗变形抗再结晶效果的单晶高温合金的热处理工艺，包括以下步骤：

(1)将单晶高温合金依次进行第一升温和第一保温，得到第一保温铸件；所述单晶高温合金的厚度≤2mm；所述第一保温的温度≤850℃；

(2)对所述步骤(1)得到的第一保温铸件依次进行第二升温和第二保温，得到第二保温铸件；所述第二保温的温度为900～1050℃；

(3)对所述步骤(2)得到的第二保温铸件进行波动循环热处理，得到波动循环热处理铸件；

所述波动循环热处理的操作为：

在所述步骤(2)中的第二保温的温度下，升温至[(T_s-l-N×25)]±10℃，保温60±15min，降温至{[T_s-l-(N-1)×25-200]}±10℃，保温30±10min，完成第一次循环；

继续升温至{[T_s-l-(N-1)×25]}±10℃，保温60±15min，降温至{[T_s-l-(N-2)×25-200]}±10℃，保温30min±10min，完成第二循环；