高温合金热处理发表评论(0)编辑词条

    高温合金热处理(Heat   treatment  of  superalloy)
    利用高温合金材料随温度变化发生组织结构转变的特性，以改善并控制其物理、力学性能的工艺，是高温合金材料制备工艺之一。高温合金的热处理方法有扩散退火、固溶处理、时效、中间处理和特殊热处理等。
扩散退火(均匀化处理)   为了使高温合金锭的化学成分均匀，需要进行扩散退火以减少元素偏析，即在1150～1200℃高温下长时间(20～50h)保温。例如GH4169合金(中国)铸锭先在1160℃保温24h使Laves相(见高温合金材料的金属间化合物相)溶解，然后在1180℃，保温40h使成分充分均匀。
    固溶处理  主要有两个目的：控制晶粒度；将析出相溶入基体。晶粒度对合金性能有很大影响，晶粒度较大，合金的持久性能和蠕变性能较高，但塑性和疲劳性能较差；晶粒度较小，则有较高的屈服强度，塑性和疲劳性能也较好，但持久、蠕变性能较低。用作涡轮叶片的高温合金，要求有足够好的持久、蠕变性能，因此固溶处理温度高一些，保温时间长一些。用作涡轮盘的高温合金，要求高屈服强度、高疲劳性能，因此固溶处理温度可低一些，保温时间短一些。在压力加工过程中，会析出一些第二相(见高温合金材料显微组织)，经固溶处理这些相溶入基体，在以后的热处理时以合适的尺寸、数量和部位再析出，充分发挥第二相的强化作用。冷轧板材往往晶粒很细且存在内应力，固溶处理除可以获得合适的晶粒度以外，还可以消除内应力。由于冷轧板材厚度极薄，固溶处理的保温时间很短，几分钟到十几分钟即可。
    时效 使晶内析出细小弥散的强化相，例如大多数铁基、镍基高温合金的γ’相、GH4169合金的γ’和γ’’相(见高温合金材料的金属间化合物相)、GH2036合金的Vc相等；同时也在晶界析出颗粒状的强化相，如M23C6、M6C和硼化物等(见高温合金材料的间隙相)。时效温度和保温时间根据所需析出相颗粒尺寸、间距和数量来确定。
    中间处理 许多高温合金在固溶处理和时效处理之间加上一次或二次中间处理。中间处理的主要作用是改变晶界析出相的类型、形态和数量，使碳化物呈链状或颗粒状分布，避免晶界胞状相的形成。对于高合金化的合金，经过中间处理可在晶界形成大颗粒γ’相或γ’相包覆层；对于低合金化的合金，可以形成晶界贫γ’相区。这些组织的变化均可改善晶界脆性。另一种作用是形成两种尺寸的γ’相，调整合金的强度和塑性的配合，消除缺口敏感性。

    特殊热处理  包括弯曲晶界热处理，形变热处理和细化晶粒热处理。
    弯曲晶界热处理使平直状晶界变成弯曲状晶界的热处理。晶界一旦形成微裂纹就会迅速沿着平直晶界而扩展，如果晶界呈弯曲状，则裂纹要不断改变方向才能扩展，因此阻碍了裂纹扩展，从而提高合金的蠕变、持久强度和塑性。该处理的特点，是在固溶处理后控制冷却速度，在高温下沿晶析出较粗大的碳化物或γ’相。这些相钉扎住部分晶界，在高温下阻止这部分晶界迁移，而析出相颗粒之间的晶界发生迁移，从而形成弯曲晶界。GH220(中国)合金的弯曲晶界热处理有3种方案：(1)1220℃、4h以3～7℃／rain的速度冷却到1100℃、空冷，1050℃、4h、空冷，950℃、2h、空冷。(2)1220℃、4h、空冷到1070℃、2．5h、空冷，950℃、2h、空冷。(3)1220℃、4h以3～5℃／min速度冷却到1050℃、4h、空冷，再加热到1125℃、4h、空冷，950℃、2h、空冷。
    形变热处理  通过变形工艺和热处理工艺的良好配合，提高合金中、低温强度和改善综合性能的热处理工艺。工艺过程是将合金在再结晶温度以下，但能发生均匀分散滑移的温度范围内(对一般高温合金，该温度为930℃左右)进行变形，以得到合适的位错亚结构强化合金，在随后的时效中γ’相补充析出稳定了这种位错亚结构组织。例如Udimet700(美国)的形变热处理工艺为：1175℃保温4h后空冷固溶处理；1065℃保温4h，然后空冷γ’析出处理；在1065℃变形，每次变形量6％，然后退火，如此反复变形和退火，直至总变形量达78％；845℃保温4h，空冷；760℃保温16h，空冷时效。
    细化晶粒处理通过析出第二相控制细晶组织的处理。细晶组织可显著提高合金屈服强度和疲劳性能。利用热处理析出第二相并配合压力加工，可以获得ASTMl0~13级(美国标准)的细晶组织。以GH901和GH4169(中国)合金为例，首先将合金在900℃保温8h，GH901合金晶界析出魏氏体μ(Ni3Ti)相，GH4169合金晶界析出魏氏体δ(Ni3Nb)相(见高温合金材料的金属问化合物相)；然后将合金在再结晶温度(GHg01为954℃，GH4169为980℃)以下变形，变形量大于30％～40％，这时μ或δ相变成均匀分散的球状组织，颗粒平均直径约1～3／μm，颗粒间距为1～5μm；第三步在低于析出相的固溶温度(μ相为955℃，8相为970℃)以下再结晶处理，由于均匀分布的析出相的阻碍。获得了极细的晶粒组织。