促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出及细化晶粒的GH4720Li加热方法

摘要

本发明促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出及细化晶粒的GH4720Li加热方法，在800‑1180℃之间采用梯度升温加热工艺，其中：小于1070℃时升温速率小于或等于1.5℃/min，大于或等于1070℃时升温速率小于或等于0.5℃/min。本发明利用廉价的室式炉，采用梯度升温加热、优化升温速率、保温温度、保温步骤以及保温时间，促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出及高度细化晶粒，提高锻件硬度；且降低内应力，使得锻造中不会出现开裂。

说明书

技术领域

本发明涉及金属锻造技术领域。具体地说是促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出及细化晶粒的GH4720Li加热方法。

背景技术

GH4720Li是合金化的镍基高温合金材料，该合金具有较高的使用温度和高温强度，广泛用于国外航空发动机中。GH4720Li高温合金优异的性能主要源于其细晶组织，而一次和二次γ＇相的析出强化效果对GH4720Li合金的力学性能尤其重要。

GH4720Li锻造加热过程中，合金加热温度过快，虽然节约了时间，但是会使GH4720Li合金心部与边部受热不均匀，因产生内应力而使材料遭到破坏，从而导致该合金在锻造过程中易出现开裂、难于变形的情况。

陈诗荪等人在《高温合金在锻造前的加热》(《航空制造技术》1981(8)：29-34)中，介绍了将GH135高温合金直接将材料装入温度处于1000℃以上的炉子中加热，使材料内外温度分布不均匀，产生强大的内应力，因而造成了材料的破坏。

专利号CN 104815935 A采用电炉分段式加热的方法，并配合使用保温棉，而得到理想的产品。《高温合金G37的锻造》(《锻压技术》1997年第5期13-14页)、《高温合金涡轮盘锻造工艺》(《锻压技术》2007年10月第32卷第5期15-17页)、《高温合金(GH3039)环形件的锻造工艺》(《锻压技术》1998年第4期11-13页)等文献，均介绍了采用价格昂贵的电炉精确控制升温速度，使G37、GH4133B等高温合金成型良好，达到了理想高品质高温合金。

由此可见，虽然室式炉价格便宜，适用于规模化推广应用，但是最终得到GH4720Li的性能并不能达到理想要求，锻造中容易出现开裂。其原因主要是室式炉加热速度不易控制，造成加热过程内应力太大，且晶粒粗大。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供了一种利用廉价的室式炉进行加热，从而促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出及细化晶粒的GH4720Li加热方法，使得样品在锻造中不会开裂。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出及细化晶粒的GH4720Li加热方法，在800-1180℃之间采用梯度升温加热工艺，其中：小于1070℃时升温速率小于或等于1.5℃/min，大于或等于1070℃时升温速率小于或等于0.5℃/min。

上述促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出及细化晶粒的GH4720Li加热方法，梯度升温加热工艺具体包括如下步骤：

(1)将GH4720Li合金加热至大于或等于800℃且小于或等于850℃，升温速率小于或等于1.5℃/min，然后保温不少于40min；

(2)继续将GH4720Li合金加热至大于850℃且小于或等于900℃，升温速率小于或等于1.5℃/min，然后保温20min-25min；

(3)继续将GH4720Li合金加热至大于900℃且小于或等于950℃，升温速率小于或等于1.5℃/min，然后保温30min-45min；

(4)继续将GH4720Li合金加热至大于950℃且小于或等于1000℃，升温速率小于或等于1.5℃/min，然后保温40min-45min；

(5)继续将GH4720Li合金加热至大于1000℃且小于或等于1070℃，升温速率小于或等于1.5℃/min，然后保温50min-70min；

(6)继续将GH4720Li合金加热至大于1070℃且小于或等于1080℃，升温速率小于或等于0.5℃/min，然后保温10min-25min；

(7)继续将GH4720Li合金加热至大于1080℃且小于或等于1090℃，升温速率小于或等于0.5℃/min，然后保温10min-25min；

(8)继续将GH4720Li合金加热至大于1090℃且小于或等于1100℃，升温速率小于或等于0.5℃/min，然后保温10min-35min；

(9)继续将GH4720Li合金加热至大于1100℃且小于或等于1110℃，升温速率小于或等于0.5℃/min，然后保温20min-35min；

(10)继续将GH4720Li合金加热至大于1110℃且小于或等于1120℃，升温速率小于或等于0.5℃/min，然后保温20min-40min；

(11)继续将GH4720Li合金加热至大于1120℃且小于或等于1130℃，升温速率小于或等于0.5℃/min，然后保温20min-40min；

(12)继续将GH4720Li合金加热至大于1130℃且小于或等于1140℃，升温速率小于或等于0.5℃/min，然后保温20min-40min；

(13)继续将GH4720Li合金加热至大于1140℃且小于或等于1150℃，升温速率小于或等于0.5℃/min，然后保温20min-40min；

(14)继续将GH4720Li合金加热至大于1150℃且小于或等于1160℃，升温速率小于或等于0.5℃/min，然后保温20min-40min；

(15)继续将GH4720Li合金加热至大于1160℃且小于或等于1170℃，升温速率小于或等于0.5℃/min，然后保温20min-40min；

(16)继续将GH4720Li合金加热至大于1170℃且小于或等于1180℃，升温速率小于或等于0.5℃/min，然后保温30min-50min。

上述促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出及细化晶粒的GH4720Li加热方法，梯度升温加热工艺具体包括如下步骤：

(1)将GH4720Li合金加热至850℃，升温速率为1.2℃/min，然后保温40min；

(2)继续将GH4720Li合金加热至900℃，升温速率为1.5℃/min，然后保温20min；

(3)继续将GH4720Li合金加热至950℃，升温速率为1.5℃/min，然后保温30min；

(4)继续将GH4720Li合金加热至1000℃，升温速率为1.2℃/min，然后保温40min；

(5)继续将GH4720Li合金加热至1070℃，升温速率小于或等于1.4℃/min，然后保温50min；

(6)继续将GH4720Li合金加热至1080℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温10min；

(7)继续将GH4720Li合金加热至1090℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温10min；

(8)继续将GH4720Li合金加热至1100℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温10min；

(9)继续将GH4720Li合金加热至1110℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温20min；

(10)继续将GH4720Li合金加热至1120℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温20min；

(11)继续将GH4720Li合金加热至1130℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温20min；

(12)继续将GH4720Li合金加热至1140℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温20min；

(13)继续将GH4720Li合金加热至1150℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温20min；

(14)继续将GH4720Li合金加热至1160℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温20min；

(15)继续将GH4720Li合金加热至1170℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温20min；

(16)继续将GH4720Li合金加热至1180℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温30min。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

本发明利用廉价的室式炉，采用梯度升温加热、优化升温速率、保温温度、保温步骤以及保温时间，促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出及高度细化晶粒，使得锻造中不会出现开裂。

附图说明

图1本发明促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出及细化晶粒的GH4720Li加热方法的分段式加热图；

图2对比例中利用室式炉采用直接升温加热金相图(7号样品：晶粒尺寸140μm)；

图3对比例中利用室式炉采用直接升温加热，晶内二次γ＇相形貌图(7号样品)；

图4本发明促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出及细化晶粒的GH4720Li加热方法的分段式加热金相图(17号样品：晶粒尺寸2.5μm)；

图5本发明促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出及细化晶粒的GH4720Li加热方法的分段式加热，一次γ＇相和晶内二次γ＇相形貌图(17号样品)；

图6对比例中利用室式炉采用直接升温加热产品图(7号样品)；

图7本发明促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出及细化晶粒的GH4720Li加热方法的分段式加热产品图(17号样品)；

图8对比例中利用室式炉采用直接升温加热金相图(8号样品：晶粒尺寸116μm)；

图9对比例中利用室式炉采用直接升温加热，晶内二次γ＇相形貌图(8号样品)；

图10本发明促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出及细化晶粒的GH4720Li加热方法的分段式加热金相图(18号样品：晶粒尺寸5.1μm)；

图11本发明促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出及细化晶粒的GH4720Li加热方法的分段式加热，一次γ＇相和晶内二次γ＇相形貌图(18号样品)；

图12对比例中利用室式炉采用直接升温加热产品图(8号样品)；

图13本发明促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出及细化晶粒的GH4720Li加热方法的分段式加热产品图(18号样品)。

具体实施方式

实施例1

本实施例利用室式炉进行加热，促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出及细化晶粒的GH4720Li加热方法具体包括如下步骤：

(1)将GH4720Li合金加热至850℃，升温速率为1.2℃/min，然后保温40min；

(2)继续将GH4720Li合金加热至900℃，升温速率为1.5℃/min，然后保温20min；

(3)继续将GH4720Li合金加热至950℃，升温速率为1.5℃/min，然后保温30min；

(4)继续将GH4720Li合金加热至1000℃，升温速率为1.2℃/min，然后保温40min；

(5)继续将GH4720Li合金加热至1070℃，升温速率小于或等于1.4℃/min，然后保温50min；

(6)继续将GH4720Li合金加热至1080℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温10min；

(7)继续将GH4720Li合金加热至1090℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温10min；

(8)继续将GH4720Li合金加热至1100℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温10min；

(9)继续将GH4720Li合金加热至1110℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温20min；

(10)继续将GH4720Li合金加热至1120℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温20min；

(11)继续将GH4720Li合金加热至1130℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温20min；

(12)继续将GH4720Li合金加热至1140℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温20min；

(13)继续将GH4720Li合金加热至1150℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温20min；

(14)继续将GH4720Li合金加热至1160℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温20min；

(15)继续将GH4720Li合金加热至1170℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温20min；

(16)继续将GH4720Li合金加热至1180℃，升温速率为0.5℃/min，然后保温30min。

实施例2(对比例)

将高温合金GH4720Li置于室式炉中，采用直接升温的方法，加热温度分别为1140℃，加热时间为30min。

结果与讨论：加热速度对高温合金组织性能的影响

在对比例(实施例2)中，两个试样分别采用直接升温的方式得到高温合金GH4720Li的微观组织形貌如图2和图8所示，晶粒尺寸均大于110μm；其中：7号样品晶粒尺寸为140μm、8号样品晶粒尺寸为116μm。7号样品的晶内二次γ＇相形貌图如图3所示，8号样品的晶内二次γ＇相形貌图如图9所示,两种试样晶界周围一次γ＇相均全部回溶。且试样的表面硬度平均值分别为45.7HRC(7号样品)和44.2HRC(8号样品)。

另外两个试样分别采用本发明的方法(实施例1)，得到高温合金GH4720Li的微观组织形貌如图4和图10所示，晶粒尺寸可达5.5μm以下；其中：17号样品晶粒尺寸2.5μm，18号样品晶粒尺寸5.1μm。17号样品晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出形貌图如图5所示，18号样品晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出形貌图如图11所示。且试样的表面硬度平均值分别为49HRC(17号样品)和49.3HRC(18号样品)。

利用1吨自由锻锤，对直径φ50mm的高温合金棒料进行了变形量为73.6％的自由锻造实验，7号样品锻造后宏观形貌如图6所示，17号样品锻造后宏观形貌如图7所示。

利用1吨自由锻锤，对直径φ50mm的高温合金棒料进行了变形量为76.5％的自由锻造实验，8号样品锻造后宏观形貌如图12所示，18号样品锻造后宏观形貌如图13所示。

7号样品和17号样品的锻压比相同，8号样品和18号样品的锻压比相同。通过对比例的微观组织形貌图2、晶内二次γ＇相形貌图3、宏观形貌图6，与实施例1的微观组织形貌3、晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出形貌图5、宏观形貌图4进行对比；以及对比例的微观组织形貌图8、晶内二次γ＇相形貌图9、宏观形貌图12，与实施例1的微观组织形貌图9、晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出形貌图11、宏观形貌图10进行对比；可以得到：对比例直接升温，升温速度快，晶界周围没有一次γ＇相析出，只有二次γ＇相析出，晶粒尺寸大且不均匀，锻件开裂；采用实施例1中的加热工艺，能够有效地促进晶界周围一次γ＇相和晶内二次γ＇相析出，并且可以高度细化晶粒，锻件完好。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。