一种GH4738合金强度稳定性提升的多次钎焊及热处理工艺的制作方法

一种gh4738合金强度稳定性提升的多次钎焊及热处理工艺
技术领域
1.本发明涉及高温合金热处理技术领域，更具体地说，它涉及一种gh4738合金强度稳定性提升的多次钎焊及热处理工艺。


背景技术：

2.高温合金是根据航空喷气发动机的需要而发展起来的一种金属材料，可在600
‑
1200℃的高温氧化和燃气腐蚀条件下承受复杂应力，并长期稳定的服役。高温合金主要用于制造航空发动机、燃气轮机的热端部件，同时也是航天火箭发动机、能源和化工等工业的重要材料，按照基体元素种类通常可分为：镍基、钴基、铁基高温合金三大类，其中以镍基合金应用最多。
3.gh4738合金是一种以γ
′
相为主要强化相的沉淀硬化型变形高温合金，常用于制作涡轮盘、涡轮机匣、轴等高温零部件，经过固溶以及时效处理获得一定的高温性能后使用。gh4738合金部件在生产过程中常涉及到焊接处理，这是因为焊接加工可以快速实现异种合金之间的连接，且不受合金部件的形状、尺寸限制。但需注意的是焊接温度较高，焊后的合金部件有应力开裂的倾向，焊接过程中需充分降低局部快速加热形成的热应力。
4.在各种gh4738合金的焊接方法中，真空钎焊的应用比较广，这不仅是因为真空环境下焊接的合金可以获得更好的保护效果和焊接质量，更是因为真空钎焊的保温温度相对较低，可以有效减小焊接过程形成的热应力。需注意的是，根据钎焊所用焊料的不同，钎焊的温度可以在较大范围内变化，但对镍基高温合金而言，钎焊保温温度往往与其固溶处理温度范围一致，这是因为在此温度条件下进行钎焊处理不仅可以保证合金元素大量回溶进基体，为下一步时效过程中强化相的析出调控做准备，并且可以防止合金本体晶粒发生快速长大而导致焊后进行热处理也无法恢复合金的性能。正因如此，钎焊过程对合金本体而言相当于一次真空固溶处理过程。
5.钎焊保温过程中钎料受热熔化，液态钎料与工件金属相互扩散溶解，冷凝后形成钎焊接头，实现合金部件之间的连接。实际生产时由于工艺参数的波动容易导致熔化的钎料未能完全润湿焊缝，需要进行补焊(多次钎焊)。现有的gh4738合金真空钎焊工艺并未考虑多次钎焊加工的情况，如果在此基础上对钎焊工艺进行简单的重复会导致多次钎焊后合金强度稳定性较差，不利于合金部件服役边界条件的确定。
6.综上所述，在保证合金性能稳定性的前提下，急需改进传统gh4738合金的真空钎焊及热处理工艺，开发出一种适用于gh4738合金的多次钎焊及热处理工艺，以满足生产需求。


技术实现要素：

7.本发明目的在于，基于实际工业生产的需求，开发一种gh4738合金强度稳定性提升的多次钎焊及热处理工艺。
8.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
9.一种gh4738合金强度稳定性提升的多次钎焊及热处理工艺，包括多次钎焊和时效处理，其特征在于，包括如下步骤：
10.步骤1：将成形后的gh4738合金部件置于真空钎焊炉中，抽真空至压强不大于10
‑3pa；
11.步骤2：将真空钎焊炉升温至1010
‑
1070℃，保温8
‑
30min进行真空钎焊处理，之后冷却至80℃以下；
12.步骤3：重复步骤2的操作2
‑
3次后将合金部件取出，完成多次真空钎焊处理；
13.步骤4：将钎焊处理后的gh4738合金部件置于空气电阻炉中，升温至830
‑
850℃，保温2
‑
4h进行稳定化处理，空冷至室温；之后将gh4738合金部件置于空气电阻炉中，升温至740
‑
770℃，保温13
‑
16h进行时效处理，空冷至室温。
14.进一步地，步骤2中的真空钎焊炉以10
‑
30℃/min的速度升温至650
‑
850℃并保温10
‑
30min，再以10
‑
20℃/min的速度升温至1010
‑
1070℃的钎焊保温温度。
15.进一步地，步骤2中的冷却方式为通氩气冷却，冷速为60
‑
100℃/min。
16.进一步地，步骤4中热处理炉的升温速度为10
‑
25℃/min。
17.本发明具有以下有益效果：
18.1.在保证合金强度的前提下，提出了一种适用于gh4738合金多次钎焊的热处理工艺，解决了实际生产过程中gh4738合金部件需要进行多次钎焊的技术难题。
19.2.与传统钎焊及热处理工艺相比，本发明所述γ
′
相在多次真空钎焊处理过程中反复析出、回溶，经后续稳定化及时效处理后晶粒内部γ
′
相分布均匀性提高，在提升合金部件强度稳定性方面具有意想不到的效果。多组力学性能检测结果显示，与传统钎焊及时效工艺相比，采用本发明所述方法处理后，合金室温及760℃抗拉强度标准差值降低了50％以上。
附图说明
20.图1是实施例1经过真空钎焊 时效处理后合金内γ
′
相的分布。
21.图2是对比例1经过真空钎焊 时效处理后合金内γ
′
相的分布。
具体实施方式
22.本发明经过大量试验验证，得到了一种新的符合多次真空钎焊处理要求的热处理工艺，包括以下步骤：多次真空钎焊处理：在1010
‑
1070℃的温度范围内真空钎焊保温8
‑
30min并通氩气快速冷却，之后重复该操作2
‑
3次；时效处理：在830
‑
850℃稳定化处理2
‑
4h，空冷至室温，之后在740
‑
770℃时效处理13
‑
16h，空冷至室温。
23.通过该热处理工艺对gh4738合金部件进行处理，得到的合金力学性能与传统真空钎焊处理后的合金力学性能相当，但强度稳定性提升明显。同时本发明的真空钎焊处理工艺可重复进行，符合生产过程中对补充钎焊处理的要求。
24.以下为本发明的具体实施例。所述是对本发明的解释而不是限定。其中，本发明实施例中所用gh4738合金为的棒材，成分如下表所示。
25.表1实施例中gh4738合金成分
26.成分ccrcomotialzrbni
含量wt.％0.0519.4314.644.553.101.570.060.007余量
27.实施例1
28.步骤1：将成形后的gh4738合金部件置于真空钎焊炉中，抽真空至压强不大于10
‑3pa；
29.步骤2：将真空钎焊炉以20℃/min的速度升温至700℃并保温25min，再以10℃/min的速度升温至1030℃，保温20min进行真空钎焊处理，之后采用通氩气的方式将合金冷速控制在60
‑
100℃/min范围并冷却至80℃以下；
30.步骤3：重复步骤2的操作2次后将合金部件取出，完成多次真空钎焊处理；
31.步骤4：将钎焊处理后的gh4738合金部件置于空气电阻炉中，以15℃/min的速度升温至840℃，保温3h进行稳定化处理，空冷至室温；再以20℃/min的速度升温至760℃，保温16h进行时效处理，空冷至室温。
32.如图1所示，经过该工艺处理后合金内部的γ
′
相分布较为均匀。
33.实施例2
34.步骤1：将成形后的gh4738合金部件置于真空钎焊炉中，抽真空至压强不大于10
‑3pa；
35.步骤2：将真空钎焊炉以25℃/min的速度升温至750℃并保温20min，再以15℃/min的速度升温至1020℃，保温15min进行真空钎焊处理，之后采用通氩气的方式将合金冷速控制在60
‑
100℃/min范围并冷却至80℃以下；
36.步骤3：重复步骤2的操作3次后将合金部件取出，完成多次真空钎焊处理；
37.步骤4：将钎焊处理后的gh4738合金部件置于空气电阻炉中，以20℃/min的速度升温至830℃，保温4h进行稳定化处理，空冷至室温；再以15℃/min的速度升温至750℃，保温15h进行时效处理，空冷至室温。
38.对比例1
39.步骤1：将成形后的gh4738合金部件置于真空钎焊炉中，抽真空至压强不大于10
‑3pa；
40.步骤2：将真空钎焊炉以20℃/min的速度升温至800℃并保温30min，再以20℃/min的速度升温至1030℃，保温15min进行真空钎焊处理，之后合金部件先炉冷至900℃，在通1.0bar的氩气冷却至80℃以下，完成真空钎焊处理；
41.步骤3：将钎焊处理后的gh4738合金部件置于空气电阻炉中，以15℃/min的速度升温至845℃，保温4h进行稳定化处理，空冷至室温；再以20℃/min的速度升温至760℃，保温16h进行时效处理，空冷至室温。
42.与实施例1所述热处理工艺处理后合金内γ
′
相的分布情况相比，该工艺处理后合金内γ
′
相分布的均匀性稍差(如图2所示)。
43.性能检测
44.对实施例1和对比例1中经过热处理后的gh4738合金分别在室温和高温(760℃)条件下进行拉伸试验，检测结果如表2所示。
45.表2 gh4738合金拉伸试验结果
[0046][0047]
表2中对比例1为采用传统真空钎焊及时效处理后测得的gh4738合金抗拉强度，实施例1为采用本发明多次钎焊及时效处理后测得的gh4738合金抗拉强度，可以看出通过本发明所述工艺对gh4738合金部件进行处理，得到的合金强度与传统真空钎焊及时效处理后的强度值相当。此外，采用本发明热处理工艺处理后gh4738合金力学性能稳定性提升明显。室温及760℃抗拉强度标准差值降低了50％以上。解决了实际生产过程中gh4738合金部件需要进行多次钎焊的技术难题。
[0048]
除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形式的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。