一种镍基铸造高温合金及其热处理方法和合金铸件与流程

1.本发明涉及镍基合金技术领域，尤其是涉及一种镍基铸造高温合金及其热处理方法和合金铸件。


背景技术：

2.镍基铸造高温合金是一种沉淀硬化镍基高温合金，具有良好的强度、塑性、长期组织稳定性、抗疲劳和高温性能，同时具有良好的抗腐蚀、抗辐射和铸造性能，在-253℃~700℃温度范围内具有良好的综合性能。镍基铸造高温合金具有广阔的应用前景，尤其是在航空航天领域，能够制造各种形状复杂的零部件。
3.镍基铸造高温合金优异的性能与其晶粒、析出相的组织特征紧密相关。镍基铸造高温合金组织具有对热处理工艺较为敏感的特点。镍基铸造高温合金的热处理工艺直接影响合金的晶粒组织和析出相等，是制备镍基铸造高温合金的重要工艺。传统的锻造成型加热处理导致产品的成本较高，现采用熔模精密铸造加热处理的方式降低生产成本，提高生产效率，获得较好的力学性能。
4.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的第一目的在于提供一种镍基铸造高温合金的热处理方法，该方法可提高镍基铸造高温合金的铸造性能、室温拉伸性能和高温持久性能。
6.本发明的第二目的在于提供一种采用上述镍基铸造高温合金的热处理方法制备得到镍基铸造高温合金，其具有优异的铸造性能、室温拉伸性能和高温持久性能。
7.本发明的第三目的在于提供一种镍基铸造高温合金铸件，由上述镍基铸造高温合金铸造得到。
8.为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：本发明提供了一种镍基铸造高温合金的热处理方法，包括如下步骤：将镍基铸造高温合金试棒在1080℃~1110℃进行均匀化热处理。
9.进一步地，所述均匀化热处理的条件包括：于1080℃~1100℃保温处理0.5h~2h后，空冷。
10.进一步地，所述的镍基铸造高温合金的热处理方法，还包括：在所述均匀化热处理后，进行固溶处理和时效处理。
11.进一步地，所述固溶处理的条件包括：于950℃~990℃保温处理0.5h~1.5h后，空冷；所述时效处理的条件包括：于780℃~800℃保温处理2h~8h，炉冷至700℃~710℃保温处理6h~10h后，空冷；所述炉冷的速率为50℃/h~60℃/h。
12.进一步地，所述镍基铸造高温合金，由按质量百分比计的如下组分组成：
c 0.01%~0.05%、cr 17.0%~21.0%、mo 2.5%~3.1%、nb 5.2%~5.8%、al 1.2%~1.7%、ti 0.5%~1.0%、co 8.0%~20.0%、fe 8.0%~10.0%、w 0.8%~1.4%、b 0.003%~0.008%、p 0.004%~0.02%、余量为ni和不可避免的杂质。
13.本发明还提供了采用所述的镍基铸造高温合金的热处理方法制备得到镍基铸造高温合金。
14.进一步地，所述镍基铸造高温合金由γ相、γ'相和碳化物组成，并且不包括η相。
15.进一步地，所述γ'相的尺寸为30nm~40nm。
16.进一步地，所述镍基铸造高温合金的室温延伸率为16.5%~19.5%。
17.进一步地，所述镍基铸造高温合金在600℃~700℃的延伸率为18%~20%。
18.本发明还提供了一种镍基铸造高温合金铸件，由所述的镍基铸造高温合金铸造得到。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供了一种镍基铸造高温合金的热处理方法，将镍基铸造高温合金试棒在1080℃~1110℃进行均匀化热处理，然后再进行固溶处理和时效处理；相比于传统的镍基铸造高温合金的热处理方法，本发明的镍基铸造高温合金的热处理方法耗时短，并且采用该方法制得的镍基铸造高温合金具有良好的组织特征和优异的铸造性能、室温拉伸性能和高温持久性能等。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例1的镍基铸造高温合金的扫描电镜图。
22.图2为本发明实施例1的镍基铸造高温合金的强化相扫描电镜图。
23.图3为本发明实施例1的镍基铸造高温合金的eds谱图。
24.图4为本发明实施例2的镍基铸造高温合金的扫描电镜图。
25.图5为本发明实施例2的镍基铸造高温合金的强化相扫描电镜图。
26.图6为本发明实施例2的镍基铸造高温合金的eds谱图。
27.图7为本发明对比例1的镍基铸造高温合金的扫描电镜图。
28.图8为本发明对比例1的镍基铸造高温合金的强化相扫描电镜图。
29.图9为本发明对比例1的镍基铸造高温合金的eds谱图。
30.图10为本发明对比例2的镍基铸造高温合金的扫描电镜图。
31.图11为本发明对比例2的镍基铸造高温合金的强化相扫描电镜图。
32.图12为本发明对比例2的镍基铸造高温合金的eds谱图。
具体实施方式
33.下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的
实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
34.下面对本发明实施例的一种镍基铸造高温合金及其热处理方法和合金铸件进行具体说明。
35.本发明的一些实施方式中提供了一种镍基铸造高温合金的热处理方法，其包括如下步骤：将镍基铸造高温合金试棒在1080℃~1110℃进行均匀化热处理；典型但非限制性的，例如，均匀化热处理的温度为1080℃、1081℃、1082℃、1083℃、1084℃、1085℃、1086℃、1087℃、1088℃、1089℃、1090℃、1091℃、1092℃、1093℃、1094℃、1095℃、1096℃、1097℃、1098℃、1099℃或1100℃等等。
36.在本发明的一些实施方式中，为了进一步提高镍基铸造高温合金的性能，均匀化热处理的条件包括：于1080℃~1100℃保温处理0.5h~2h后，空冷。
37.相比于传统的镍基铸造高温合金的热处理方法，本发明采用均匀化热处理代替预固溶处理，使得各元素扩散均匀，减少了元素的偏析，且该方法耗时短，提高了镍基铸造高温合金的热处理的效率。
38.在本发明的一些实施方式中，镍基铸造高温合金的热处理方法，还包括：在均匀化热处理后，进行固溶处理和时效处理。
39.在本发明的一些实施方式中，固溶处理的条件包括：于950℃~990℃保温处理0.5h~1.5h后，空冷。
40.在本发明的一些实施方式中，时效处理的条件包括：于780℃~800℃保温处理2h~8h，炉冷至700℃~710℃保温处理6h~10h后，空冷；炉冷的速率为50℃/h~60℃/h；在本发明的一些具体实施方式中，时效处理的条件包括：于790℃保温处理6h，炉冷至705℃保温处理7h后，空冷；炉冷的速率为56℃/h。
41.在本发明的一些实施方式中，镍基铸造高温合金，由按质量百分比计的如下组分组成：c 0.01%~0.05%、cr 17.0%~21.0%、mo 2.5%~3.1%、nb 5.2%~5.8%、al 1.2%~1.7%、ti 0.5%~1.0%、co 8.0%~20.0%、fe 8.0%~10.0%、w 0.8%~1.4%、b 0.003%~0.008%、p 0.004%~0.02%、余量为ni和不可避免的杂质。
42.在本发明的一些实施方式中，镍基铸造高温合金试棒的制备方法，包括如下步骤：（a）按比例配料后，在真空熔炼炉中熔炼浇注得到镍基铸造高温合金棒材；（b）将镍基铸造高温合金棒材在真空熔炼炉中重熔浇注得到镍基铸造高温合金试棒；（c）将镍基铸造高温合金试棒进行荧光检验和x射线检验。
43.本发明的一些实施方式中还提供了采用上述镍基铸造高温合金的热处理方法制备得到镍基铸造高温合金。
44.在本发明的一些实施方式中，镍基铸造高温合金由γ相、γ'相和碳化物组成，并且不包括η相；其中，γ'相的尺寸为30nm~40nm。
45.本发明采用将镍基铸造高温合金铸锭在1080℃~1110℃进行均匀化热处理，然后
再进行固溶处理和时效处理的方法；能够得到由γ相、γ'相和碳化物组成的镍基铸造高温合金，组织中不包括η相；其中，γ'相呈球形分布，尺寸为30nm~40nm，组织中的nbc析出相，呈块状或条状。在1080℃~1110℃范围内，有害相η相溶解，析出均匀细小的γ相，进一步提高了合金的综合力学性能。大于此温度范围会出现部分初熔，小于此温度范围会析出有害相η相，这都会降低合金的综合力学性能。
46.在本发明的一些实施方式中，镍基铸造高温合金的室温延伸率为16.5%~19.5%。
47.在本发明的一些实施方式中，镍基铸造高温合金在600℃~700℃的延伸率为18%~20%。
48.本发明还提供了一种镍基铸造高温合金铸件，由上述镍基铸造高温合金铸造得到。
49.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
50.实施例1本实施例提供了镍基铸造高温合金试棒的制备方法，包括如下步骤：按比例配料后，在真空熔炼炉中熔炼浇注得到镍基铸造高温合金棒材；将镍基铸造高温合金棒材在真空熔炼炉中重熔浇注得到镍基铸造高温合金试棒；将镍基铸造高温合金试棒进行荧光检验，不允许有裂纹、疏松和夹杂缺陷；然后进行x射线检验，不允许有裂纹、疏松、缩孔和高密度夹杂缺陷。
51.上述镍基铸造高温合金试棒，由按质量百分比计的如下组分组成：c 0.016%、cr 17.76%、mo 2.77 %、nb 5.52%、al 1.66%、ti 0.76%、co 8.89%、fe 9.95%、w 0.98%、b 0.0053%、p 0.011%、余量为ni和不可避免的杂质。
52.本实施例提供了镍基铸造高温合金的热处理方法，包括如下步骤：将上述镍基铸造高温合金试棒进行均匀化热处理，然后进行固溶处理和时效处理得到镍基铸造高温合金。
53.其中，均匀化热处理的条件为：于1080℃保温处理1.5h，空冷；固溶处理的条件为：于970℃保温处理1h，空冷；时效处理的条件为：于790℃保温处理6h，56℃/h炉冷，至705℃；705℃保温处理7h，空冷。
54.实施例2本实施例提供了镍基铸造高温合金的热处理方法，包括如下步骤：将镍基铸造高温合金试棒进行均匀化热处理，然后进行固溶处理和时效处理得到镍基铸造高温合金。
55.其中，均匀化热处理的条件为：于1100℃保温处理0.5h，空冷；固溶处理的条件为：于970℃保温处理1h，空冷；时效处理的条件为：于790℃保温处理6h，56℃/h炉冷，至705℃；705℃保温处理7h，空冷。
56.本实施例采用的镍基铸造高温合金试棒与实施例1相同。
57.对比例1本对比例提供了镍基铸造高温合金的热处理方法，包括如下步骤：将镍基铸造高温合金试棒进行预固溶处理，然后进行固溶处理和时效处理得到镍
基铸造高温合金。
58.其中，预固溶处理的条件为：于870℃保温处理16h，空冷；固溶处理的条件为：于970℃保温处理1h，空冷；时效处理的条件为：于790℃保温处理6h，56℃/h炉冷，至705℃；705℃保温处理7h，空冷。
59.本对比例采用的镍基铸造高温合金试棒与实施例1相同。
60.对比例2本对比例提供了镍基铸造高温合金的热处理方法，包括如下步骤：将镍基铸造高温合金试棒进行预固溶处理，然后进行固溶处理和时效处理得到镍基铸造高温合金。
61.其中，预固溶处理的条件为：于980℃保温处理16h，空冷；固溶处理的条件为：于970℃保温处理1h，空冷；时效处理的条件为：于790℃保温处理6h，56℃/h炉冷，至705℃；705℃保温处理7h，空冷。
62.本对比例采用的镍基铸造高温合金试棒与实施例1相同。
63.试验例1实施例1制得的镍基铸造高温合金进行扫描电镜测试，其结果如图1、图2和图3所示。图1为实施例1的镍基铸造高温合金的扫描电镜图。图2为实施例1的镍基铸造高温合金的强化相扫描电镜图。图3为实施例1的镍基铸造高温合金的eds谱图。
64.从图1、图2和图3可以看出，实施例1制得的镍基铸造高温合金含有γ相，γ'相和碳化物。其中，γ'相呈球形分布，尺寸为30nm~40nm；组织中未见η相；对图3分析可知，组织中的条状析出相为nbc。
65.实施例2制得的镍基铸造高温合金进行扫描电镜测试，其结果如图4、图5和图6所示。图4为实施例2的镍基铸造高温合金的扫描电镜图。图5为实施例2的镍基铸造高温合金的强化相扫描电镜图。图6为实施例2的镍基铸造高温合金的eds谱图。
66.从图4、图5和图6可以看出，实施例2制得的镍基铸造高温合金含有γ相，γ'相和碳化物。其中，γ'相呈球形分布，尺寸为30nm~40nm，组织中未见η相；对图6分析可知，组织中的块状析出相为nbc。
67.对比例1制得的镍基铸造高温合金进行扫描电镜测试，其结果如图7、图8和图9所示。图7为对比例1的镍基铸造高温合金的扫描电镜图。图8为对比例1的镍基铸造高温合金的强化相扫描电镜图。图9为对比例1的镍基铸造高温合金的eds谱图。
68.从图7、图8和图9可以看出，对比例1制得的镍基铸造高温合金含有γ相、γ'相、η相和碳化物。其中，γ'相呈球形分布，其中含量较少且尺寸较大的是一次γ'相，尺寸为100nm~300nm，含量较多且尺寸较小的是二次γ'相，尺寸为20nm~30nm；η相呈细长的针状分布，数量较多；对图9分析可知，在η相附近的块状析出相为nbc。
69.对比例2制得的镍基铸造高温合金进行电镜扫描测试，其结果如图10、图11和图12所示。图10为对比例2的镍基铸造高温合金的扫描电镜图。图11为对比例2的镍基铸造高温合金的强化相扫描电镜图。图12为对比例2的镍基铸造高温合金的eds谱图。
70.从图10、图11和图12可以看出，对比例2制得的镍基铸造高温合金含有γ相、γ'
相、η相和碳化物。其中，γ'相呈球形分布，大小比较均匀，尺寸为30nm~40nm；η相呈细长的针状分布，数量较对比例1少些；对图12分析可知，在η相附近的块状析出相为nbc。
71.试验例2对实施例1、实施例2、对比例1和对比例2的镍基铸造高温合金进行室温拉伸测试，其结果如表1所示。
72.对实施例1、实施例2、对比例1和对比例2的镍基铸造高温合金进行高温持久性能测试，其结果如表2所示。
73.表1
合金试验温度（℃）抗拉强度（mpa）屈服强度（mpa）延伸率a（%）断面收缩率z（%）实验例1室温116897116.529实验例2室温1206100218.225对比例1室温9808107.022对比例2室温10528828.321.6
表2
合金试验温度t（℃）应力σ（mpa）断裂时间τ（h）延伸率a（%）断面收缩率z（%）实施例16506203691931实施例265062038518.530.6对比例165062010911.528对比例265062013812.526
从表1和表2可以看出，实施例1和实施例2的力学性能均高于对比例1和对比例2的，说明经过合理的均匀化处理等热处理后镍基铸造高温合金的综合力学性能明显提高，这与合金的组织特征密切相关，实施例1和实施例2热处理后的组织中基本无有害η相，而且有大量细小的γ'相析出，显著提高了合金的力学性能，而对比例1和对比例2的组织中含有较多的有害η相，严重降低了合金的力学性能。
74.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。