一种强化型高温合金铸件热处理方法与流程

本发明属于合金热处理，涉及一种强化型高温合金铸件热处理方法。

背景技术：

1、随着650℃等级超超临界机组产业化推进，汽缸、阀壳等核心高温承压件采用析出强化型镍铁基厚壁复杂铸件，服役温度区间650℃~700℃。该合金熔体流动性差、导热低、凝固收缩量大，铸件凝固时易产生气孔、疏松、缩孔，同时壁厚差异带来巨大凝固应力，形成严重枝晶与成分偏析，极易萌生裂纹，威胁机组运行安全。现有常规热处理工艺匀速升温缺少多级缓冲保温，厚壁件表里温差大，升温阶段易开裂，且无法充分消除成分偏析；传统固溶制度不能完全溶解粗大脆性相，基体固溶不充分，先天损伤铸件塑性与高温持久性能；冷却多采用单一冷速，未规避700~930℃有害相析出敏感区间，冷速过快产生冷却应力，过慢析出链状脆性相，强度、塑性与高温性能难以兼顾；传统流程铸件高温打箱后空冷转运再热处理，引入二次温差应力，均质、固溶多炉加工使工件反复冷热交变，内应力持续累积，机加工易变形。现有工艺整套温变速率、分段保温、分级控冷参数均与该镍铁基合金特性不匹配，铸件偏析、裂纹、有害相析出等缺陷无法有效控制，难以稳定生产组织均匀、高温持久性能合格的电站厚壁铸件，工程制造受限。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中常规热处理工艺无法适配电站厚壁复杂镍铁基高温合金铸件，易出现铸件偏析、热处理开裂、有害脆性相析出、高低温力学性能难以均衡的问题，提供一种强化型高温合金铸件热处理方法。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种强化型高温合金铸件热处理方法，包括：

4、将熔融合金浇注至砂箱内部进行铸件凝固成型，并在铸件保持高温的条件下拆解砂箱取出铸件毛坯；

5、设定第一升温速率，对铸件毛坯进行分段阶梯升温，当铸件的成分达到均匀化后，将铸件冷却至室温，进而得到铸件半成品；

6、对铸件半成品以设定的第二升温速率进行加热，直至加热至性能处理温度区间，并对加热后的铸件半成品进行保温，获取成分均匀、无脆性大颗粒的纯净基体；

7、根据设定不同的降温速率，对纯净基体分阶段进行降温，直至冷却至室温，得到强化型高温合金铸件。

8、本发明的进一步改进在于：

9、进一步的，所述强化型高温合金铸件的材质为镍铁基合金，应用温度为650℃~700℃，其中合金中fe和co的质量分数控制在40％≤fe＜47％，0.005％≤co≤0.3％。

10、进一步的，所述第二升温速率不小于第一升温速率。

11、进一步的，所述设定第一升温速率，对铸件毛坯进行分段阶梯升温，当铸件的成分达到均匀化后，将铸件冷却至室温，进而得到铸件半成品，具体为：将高温铸件毛坯送入程控台车炉，采用25℃/h恒定升温速率对高温铸件毛坯进行加热；当达到第一升温区间700℃～1100℃时，以200℃为温度间隔分段保温，单段保温时长2.5h～4h，用于释放厚壁铸件热应力；当达到第二升温区间1100℃～1200℃时，以50℃为温度间隔分段保温，单段保温时长4.5h～5.5h，用于消除枝晶偏析；持续升温至均质终温1200℃～1210℃，并恒温保温33h～36h，用于实现铸件成分均匀化；均质保温结束后以10℃/h～15℃/h炉冷速率冷却至室温，得到铸件半成品。

12、进一步的，所述对铸件半成品以设定的第二升温速率进行加热，直至加热至性能处理温度区间，并对加热后的铸件半成品进行保温，获取成分均匀、无脆性大颗粒的纯净基体，具体为：对冷却至室温的铸件半成品，采用25℃/h～35℃/h升温速率加热至1005℃～1020℃性能处理温度区间，恒温保温6h～10h；溶解铸件半成品中的粗大脆性杂质，得到成分均匀、无脆性大颗粒的纯净基体。

13、进一步的，所述根据设定不同的降温速率，对纯净基体分阶段进行降温，直至冷却至室温，得到强化型高温合金铸件，具体为：以10℃/h～15℃/h的降温速度将纯净基体冷却至第一温区900℃～930℃，恒温保温2h～3h；保温结束后，以70℃/h～75℃/h的降温速度将处于第一温区的纯净基体冷却至第二温区700℃～750℃，越过有害脆性相析出敏感区间，避免链状、块状脆性相生成；当冷却至700℃～750℃后，再次切换10℃/h～15℃/h的降温速度冷却至室温，得到强化型镍铁基高温合金铸件。

14、进一步的，在对铸件毛坯进行分段阶梯升温进行升温之前，还包括：拆解砂箱取出高温铸件毛坯后，不进行空冷、露天转运操作，将毛坯直接送入程控台车炉中。

15、进一步的，所述对铸件毛坯进行分段阶梯升温、对铸件半成品以设定的第二升温速率进行加热及对纯净基体分阶段进行降温，依靠程控台车炉自身控温系统对铸件进行加热或降温，保证铸件表层与内部冷却速率同步，且在同一程控台车炉内连续闭环完成。

16、进一步的，所述当达到第一升温区间700℃～1100℃时，以200℃为温度间隔分段保温，单段保温时长2.5h～4h，具体为：当炉温达到第一升温区间中的700℃时，每升高200℃执行一次缓冲保温；单段保温时长2.5h～4h，直至炉温升至1100℃。

17、进一步的，所述当达到第二升温区间1100℃～1200℃时，以50℃为温度间隔分段保温，单段保温时长4.5h～5.5h，具体为：当炉温达到第二升温区间中的1100℃时，每升高20℃执行一次缓冲保温；单段保温时长4.5h～5.5h，直至炉温升至1200℃～1210℃均质终温，并完成33h～36h均质保温后进行降温。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、本发明将铸件高温打箱后直接送入程控台车炉，并开展阶梯变温均质化处理，通过多段梯度升温与分段保温消除铸造成分偏析、释放凝固应力，冷却后得到均质铸件半成品；再对半成品升温保温进行固溶处理，溶解粗大脆性杂质，获得纯净饱和金属基体；最后采用多温区分段差异化速率控冷，设置中温保温缓冲并快速避开有害相析出敏感区间。本发明能够有效避免铸件开裂、组织不均问题，均衡兼顾常温力学性能与高温持久稳定性，满足超临界机组高温承压部件长期服役制造需求。

1.一种强化型高温合金铸件热处理方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种强化型高温合金铸件热处理方法，其特征在于，所述强化型高温合金铸件的材质为镍铁基合金，应用温度为650℃~700℃，其中合金中fe和co的质量分数控制在40％≤fe＜47％，0.005％≤co≤0.3％。

3.根据权利要求2所述的一种强化型高温合金铸件热处理方法，其特征在于，所述第二升温速率不小于第一升温速率。

4.根据权利要求3所述的一种强化型高温合金铸件热处理方法，其特征在于，所述设定第一升温速率，对铸件毛坯进行分段阶梯升温，当铸件的成分达到均匀化后，将铸件冷却至室温，进而得到铸件半成品，具体为：

5.根据权利要求4所述的一种强化型高温合金铸件热处理方法，其特征在于，所述对铸件半成品以设定的第二升温速率进行加热，直至加热至性能处理温度区间，并对加热后的铸件半成品进行保温，获取成分均匀、无脆性大颗粒的纯净基体，具体为：对冷却至室温的铸件半成品，采用25℃/h～35℃/h升温速率加热至1005℃～1020℃性能处理温度区间，恒温保温6h～10h；溶解铸件半成品中的粗大脆性杂质，得到成分均匀、无脆性大颗粒的纯净基体。

6.根据权利要求5所述的一种强化型高温合金铸件热处理方法，其特征在于，所述根据设定不同的降温速率，对纯净基体分阶段进行降温，直至冷却至室温，得到强化型高温合金铸件，具体为：以10℃/h～15℃/h的降温速度将纯净基体冷却至第一温区900℃～930℃，恒温保温2h～3h；保温结束后，以70℃/h～75℃/h的降温速度将处于第一温区的纯净基体冷却至第二温区700℃～750℃，越过有害脆性相析出敏感区间，避免链状、块状脆性相生成；当冷却至700℃～750℃后，再次切换10℃/h～15℃/h的降温速度冷却至室温，得到强化型镍铁基高温合金铸件。

7.根据权利要求6所述的一种强化型高温合金铸件热处理方法，其特征在于，在对铸件毛坯进行分段阶梯升温进行升温之前，还包括：拆解砂箱取出高温铸件毛坯后，不进行空冷、露天转运操作，将毛坯直接送入程控台车炉中。

8.根据权利要求7所述的一种强化型高温合金铸件热处理方法，其特征在于，所述对铸件毛坯进行分段阶梯升温、对铸件半成品以设定的第二升温速率进行加热及对纯净基体分阶段进行降温，依靠程控台车炉自身控温系统对铸件进行加热或降温，保证铸件表层与内部冷却速率同步，且在同一程控台车炉内连续闭环完成。

9.根据权利要求8所述的一种强化型高温合金铸件热处理方法，其特征在于，所述当达到第一升温区间700℃～1100℃时，以200℃为温度间隔分段保温，单段保温时长2.5h～4h，具体为：当炉温达到第一升温区间中的700℃时，每升高200℃执行一次缓冲保温；单段保温时长2.5h～4h，直至炉温升至1100℃。

10.根据权利要求9所述的一种强化型高温合金铸件热处理方法，其特征在于，所述当达到第二升温区间1100℃～1200℃时，以50℃为温度间隔分段保温，单段保温时长4.5h～5.5h，具体为：当炉温达到第二升温区间中的1100℃时，每升高20℃执行一次缓冲保温；单段保温时长4.5h～5.5h，直至炉温升至1200℃～1210℃均质终温，并完成33h～36h均质保温后进行降温。