一种GH4738镍基高温合金的热加工工艺制造技术

本发明专利技术公开一种GH4738镍基高温合金的热加工工艺，包括如下步骤：步骤A：以GH4738镍基高温合金为原料，对其依次采用真空感应熔炼VIM和真空自耗重熔VAR工艺进行冶炼，得到真空自耗锭；步骤B：将所述真空自耗锭进行均匀化处理及开坯锻造处理，得到GH4738合金棒材坯料；步骤C：将所述GH4738合金棒材坯料放入燃气炉内随炉升温，保温后利用锻锤进行平砧镦粗，得到GH4738合金盘锻件；步骤D：将所述GH4738合金盘锻件依次进行固溶处理、稳定化处理和二次时效处理，即得到得到晶粒尺寸均匀，高温冲蚀性能优异的GH4738镍基高温合金。本发明专利技术的热加工工艺可以避免GH4738高温合金变形组织中现混晶和粗晶等现象，提高最终锻件整体硬度和高温冲蚀性能，同时也提高了锻件的成材率。同时也提高了锻件的成材率。同时也提高了锻件的成材率。

【技术实现步骤摘要】
一种GH4738镍基高温合金的热加工工艺


[0001]本专利技术涉及镍基合金热加工
具体地说是一种GH4738镍基高温合金的热加工工艺。

技术介绍

[0002]涡轮盘是燃气轮机和航空发动机上重要部件，其性能的好坏直接影响着燃气轮机和航空发动机的产品质量。在之前，涡轮盘的材料从研发到投产一直为GH4169，但发现该合金在高温服役时变形导致不能正常使用，经反复研究思考发现，亚稳态γ
′
相的溶解温度较低，使得该合金不能在超过650℃正常服役。在这样的形势下，研究者对GH4864、GH4738等合金进行了研究。早在1952年Special Metal公司采用真空冶炼法成功研制出以γ
′
相沉淀硬化为硬化手段的高温合金，并在20世纪60年代制成800℃以下的涡轮盘将其用在波音727等发动机上，而我国在1973年开始研发并少量生产。但GH4738镍基高温合金由于其合金含量高、塑性差、可变形温度区间较小，变形组织中容易出现混晶和粗晶现象、变形过程中试件开裂等问题。由于GH4738镍基高温合金在变形过程中易于出现混晶的现象，导致性能下降。为了保证组织的均匀性，工厂在出货前通常会将锻件表层切削掉，造成材料浪费的同时提高了生产成本。企业生产时为了保证组织均一性能稳定，常会将材料晶粒粗大的表层(通常为5～10mm)车掉，造成了材料的浪费。同时高温合金材料的组织和性能的不稳定性会导致涡轮盘的蠕变松弛、腐蚀磨损和高温疲劳，这影响了涡轮盘的使用寿命。因此，寻求合适的热处理工艺以及确定合理的热处理工艺参数来改善GH4738组织不均匀，同时减少切削量对企业的生产有很大的意义。

技术实现思路

[0003]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种GH4738镍基高温合金的热加工工艺，以解决当前GH4738镍基高温合金的变形组织中容易出现混晶和粗晶等现象以及变形过程中试件开裂等问题；以使GH4738镍基高温合金具有腐蚀磨损速率低、硬度高的特点，提高最终合金盘锻件整体硬度和高温冲蚀性能，同时也提高锻件的成材率，以满足涡轮盘使用寿命要求的。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种GH4738镍基高温合金的热加工工艺，包括如下步骤：
[0006]步骤A：以GH4738镍基高温合金为原料，对其依次采用真空感应熔炼VIM和真空自耗重熔VAR工艺进行冶炼，得到真空自耗锭；步骤B：将所述真空自耗锭进行均匀化处理及开坯锻造处理，得到GH4738合金棒材坯料；步骤C：将所述GH4738合金棒材坯料放入燃气炉内随炉升温，保温后利用锻锤进行平砧镦粗，得到GH4738合金盘锻件；步骤D：将所述GH4738合金盘锻件依次进行固溶处理、稳定化处理和二次时效处理，即得到得到晶粒尺寸均匀，高温冲蚀性能优异的GH4738镍基高温合金。
[0007]本专利技术的技术方案取得了如下有益的技术效果：
[0008](1)本专利技术的热加工工艺可以避免GH4738镍基高温合金变形组织中现混晶和粗晶等现象，并避免变形过程中出现试件开裂等问题。采用本专利技术的热加工工艺可以使制备得到的GH4738镍基高温合金组织均匀，具有硬度高、高温冲蚀性能好的优点，可满足涡轮盘使用寿命的要求，其中GH4738镍基高温合金的硬度可达44HRC，在冲蚀时磨料温度750℃、靶材温度750℃、磨料总量2kg、冲蚀速度88m/s、冲蚀角度90
°
以及冲蚀时间为20s的条件下，GH4738镍基高温合金的冲蚀速率为0.053
‑
0.058cm3/Kg。本专利技术的热处理加工工艺还可以避免因GH4738镍基高温合金在变形过程中出现混晶现象而在出货前需要切削锻件表层而造成的材料浪费，有效降低了生产成本，提高了锻件的成材率。
[0009](2)本专利技术的热加工工艺可使GH4738镍基高温合金的锻前晶粒尺寸控制在较小范围内，且在镦粗后的锻件中晶粒分布较均匀，从而使其具有较高的晶界面积，为合金变形过程中的元素扩散提供高速通道；通过控制变形温度可以使棒坯中的碳化物更好地发挥钉扎作用，从而阻止晶粒的长大；通过控制锻前升温速率、变形量等工艺参数，使锻件的晶粒尺寸较小，同时具有较高的硬度；另外，本专利技术通过选择特定的固溶处理、稳定性处理和二次时效处理的温度、时间及冷却方式，使GH4738镍基高温合金在经热处理后，第二相γ'的含量增多，并控制其晶粒尺寸不再长大或者控制其尺寸长大幅度在可接受范围内，同时使合金组织中的γ'相分布更均匀；另外，本专利技术的固溶处理温度有利于晶内粒状M
23
C6碳化物的形核，而稳定化处理温度则更有利于片状碳化物在粒状碳化物的基础上进一步形核并长大，并最终使得M
23
C6碳化物完全析出，从而达到强化合金组织的晶界和基体的作用。
附图说明
[0010]图1a本专利技术GH4738合金棒坯的微观组织OM图；
[0011]图1b本专利技术GH4738合金棒坯的微观组织SEM图；
[0012]图2本专利技术中所用高温冲蚀设备示意图；
[0013]图3a本专利技术GH4738合金较低变形温度锻件的显微组织OM图(1120℃)；
[0014]图3b本专利技术GH4738合金较低变形温度锻件的显微组织OM图(1140℃)；
[0015]图3c本专利技术GH4738合金较低变形温度锻件的显微组织SEM图(1120℃)；
[0016]图3d本专利技术GH4738合金较低变形温度锻件的显微组织SEM图(1140℃)；
[0017]图3e本专利技术GH4738合金较低变形温度锻件的γ'相粒径分布图(1120℃)；
[0018]图3f本专利技术GH4738合金较低变形温度锻件的γ'相粒径分布图(1140℃)；
[0019]图4a本专利技术GH4738合金较高变形温度锻件的显微组织OM图(1160℃)；
[0020]图4b本专利技术GH4738合金较高变形温度锻件的显微组织OM图(1180℃)；
[0021]图4c本专利技术GH4738合金较高变形温度锻件的显微组织SEM图(1160℃)；
[0022]图4d本专利技术GH4738合金较高变形温度锻件的显微组织SEM图(1180℃)；
[0023]图4e本专利技术GH4738合金较高变形温度锻件的γ'相粒径分布图(1160℃)；
[0024]图4f本专利技术GH4738合金较高变形温度锻件的γ'相粒径分布图(1180℃)；
[0025]图5本专利技术中不同变形温度的平均晶粒尺寸和硬度的对比图(改良热处理前)；
[0026]图6a本专利技术GH4738合金不同变形程度锻件的显微组织OM图(58％)；
[0027]图6b本专利技术GH4738合金不同变形程度锻件的显微组织OM图(65％)；
[0028]图6c本专利技术GH4738合金不同变形程度锻件的显微组织OM图(70％)；
[0029]图6d本专利技术GH4738合金不同变形程度锻件的显微组织SEM图(58％)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GH4738镍基高温合金的热加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：步骤A：以GH4738镍基高温合金为原料，对其依次采用真空感应熔炼VIM和真空自耗重熔VAR工艺进行冶炼，得到真空自耗锭；步骤B：将所述真空自耗锭进行均匀化处理及开坯锻造处理，得到GH4738合金棒材坯料；步骤C：将所述GH4738合金棒材坯料放入燃气炉内随炉升温，保温后利用锻锤进行平砧镦粗，得到GH4738合金盘锻件；步骤D：将所述GH4738合金盘锻件依次进行固溶处理、稳定化处理和二次时效处理，即得到晶粒尺寸均匀，高温冲蚀性能优异的GH4738镍基高温合金。2.根据权利要求1所述的一种GH4738镍基高温合金的热加工工艺，其特征在于，步骤A中，所述GH4738镍基高温合金中：C的含量为0.035wt％，Cr的含量为19.41wt％，Co的含量为13.22wt％，Mo的含量为4.30wt％，Al的含量为1.35wt％，Ti的含量为2.98wt％，Fe的含量为1.00wt％，余量为Ni。3.根据权利要求1所述的一种GH4738镍基高温合金的热加工工艺，其特征在于，步骤C中，所述GH4738合金棒材坯料随炉升温至1120
‑
1180℃，保温时间为10
‑
15min；平砧镦粗的变形量为50％
‑
80％；步骤C中，随炉升温的方式为直接升温或阶梯升温，直接升温的升温速率为30℃/min；阶梯升温的方法如下：先将所述GH4738合金棒材坯料升温至800℃后保温30min，随后所述GH4738合金棒材坯料每升高50℃保温10min，直至升温至变形温度后再保温15min，整个阶梯升温过程中的升温速率均为30℃/min。4.根据权利要求1所述的一种GH4738镍基高温合金的热加工工艺，其特征在于，步骤D中，固溶处理的方法为：将所述GH4738合金盘锻件加热到960℃，保温7min～4h，然后采用空冷AC、盐水冷BC、水冷WC或者油冷OC的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：董瑞峰，陈子帅，张伟，张肖雨，陈基权，额敦图拉嘎，芒来，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：