本發(fā)明屬于合金鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫合金鋼的熱處理方法。
背景技術(shù)：
GH4169合金的年產(chǎn)量占變形高溫合金總產(chǎn)量的45％，是目前產(chǎn)量最大的高溫合金之一。GH4169合金是一種鈮強(qiáng)化的沉淀硬化型鐵鎳基高溫合金，該合金在高溫下具有高強(qiáng)度、高疲勞性能和良好的塑性，因此被廣泛應(yīng)用于航空、航天、核能和石油等領(lǐng)域。國內(nèi)一般是通過水壓機(jī)鍛造和錘擊鍛造兩種工藝生產(chǎn)這種材料的渦輪盤一類的零件。
高溫合金的強(qiáng)化機(jī)制主要有固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化兩類，GH4169合金的熱處理方式也主要由固溶處理和時(shí)效處理兩部分組成。而不同的熱處理工藝可以對合金的晶粒度、強(qiáng)化相的沉淀或溶解、析出數(shù)量和顆粒尺寸甚至晶界狀態(tài)產(chǎn)生影響。由于該合金的價(jià)格相當(dāng)昂貴，為了保證工件的組織和性能的穩(wěn)定，熱處理工藝一般選擇真空熱處理。由于真空爐在真空狀態(tài)下的傳熱是單一的輻射傳熱,在真空氣氛中的加熱具有其它介質(zhì)(大氣、可控氣氛、鹽浴)加熱不可能具備的特點(diǎn),工藝參數(shù)的選取也具有特殊性。
很多學(xué)者已經(jīng)研究過不同熱處理對GH4169合金熱變形行為的影響。結(jié)果表明，熱處理過程中析出的δ相含量隨熱處理工藝的不同而不同，并且合金的變形抗力隨δ相的增加而降低，存在于晶界的δ相有利于熱變形過程中的再結(jié)晶，晶界內(nèi)的δ相則阻礙其形核過程。作為國產(chǎn)渦輪盤用材料，其實(shí)際服役條件一般是在650℃的工況下，在該溫度下對其疲勞性能進(jìn)行研究具有更為實(shí)際的工程意義。與此同時(shí)，對于GH4169合金低周疲勞的研究，大多數(shù)學(xué)者都是研究溫度、頻率等對材料的力學(xué)性能的影響，關(guān)于相在高溫環(huán)境下對合金疲勞行為的影響鮮有報(bào)道。
公開號為“CN105695703A”，發(fā)明名稱為“一種模具鋼熱處理工藝”，公開了一種7Cr7Mo2V2Si高強(qiáng)韌性冷作模具鋼預(yù)備熱處理和淬火及回火的兩火直接熱處理工藝方法，從介紹的參數(shù)來看，僅對該模具鋼的硬度和耐磨性值提升有些效果，但很難達(dá)到高溫合金熱處理工藝基本無參考價(jià)值。
“GH4169合金件真空時(shí)效過程數(shù)值模擬”，金屬熱處理，第31卷第1期，公開了對GH4169合金件真空時(shí)效過程溫度場的模擬計(jì)算，開展簡單驗(yàn)證，但是未提供合金固溶處理和時(shí)效處理的合適溫度等工藝參數(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可改變合金中析出相的形態(tài)與分布，并改善合金中晶界的形態(tài)，進(jìn)而達(dá)到改善合金力學(xué)性能的目的，提高合金鋼高溫使用壽命的熱處理方法。
本發(fā)明一種高溫合金鋼的熱處理方法，包括以下步驟：
a、高溫?cái)U(kuò)散退火工藝：將高溫合金鋼錠在1150±10℃加熱22～26h，再在1190±10℃下加熱70～74h后，空冷；
b、鍛后預(yù)處理：加熱溫度為950±10℃，保溫0.5～1.5h后，空冷；
c、高溫固溶處理：加熱溫度為910±10℃，保溫18～24h后，空冷；再加熱，加熱溫度為960±10℃，保溫1～2h，空冷；
d、低溫時(shí)效處理：加熱溫度為710±10℃，保溫7～10h后控制以50～60℃/h的速度隨爐冷卻至610±10℃，再保溫7～10h，再空冷，得到鍛件成品。
進(jìn)一步的，上述一種高溫合金鋼的熱處理方法，其中a步驟中將高溫合金鋼錠在1150℃加熱24h，再在1190℃下加熱72h后，空冷。
進(jìn)一步的，上述一種高溫合金鋼的熱處理方法，其中b步驟中加熱溫度為960℃，保溫1h后，空冷。
進(jìn)一步的，上述一種高溫合金鋼的熱處理方法，其中c步驟中加熱溫度為900℃，保溫22h后空冷；再加熱，加熱溫度為950℃，保溫1.5h后空冷。
進(jìn)一步的，上述一種高溫合金鋼的熱處理方法，其中d步驟中加熱溫度為720℃，保溫8h后以50℃/h的速度隨爐冷卻至620℃，再保溫8h，最后空冷。
上述一種高溫合金鋼的熱處理方法，其中得到鍛件的最終晶粒級別為8.0～8.6級。
上述一種高溫合金鋼的熱處理方法，得到的鍛件在650℃、720MPa的蠕變條件下，蠕變壽命為182h。
本發(fā)明的一種GH4169高溫合金鋼熱處理方法，鍛后加熱預(yù)處理、高溫固溶處理和低溫時(shí)效處理熱處理工藝制度，獲得較好的高溫塑性和抗蠕變壽命。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明鍛件通過大型電加熱爐加熱，溫度由溫度控制器控制，通過熱電偶傳感器測得鍛件在爐壁兩側(cè)、上下兩面上各4個(gè)不同位置的溫度點(diǎn)合計(jì)24個(gè)，傳送到溫度變送器上實(shí)現(xiàn)反饋控制，保障爐內(nèi)溫升的均勻性。鑄錠經(jīng)開坯、鍛造成的合金鍛件，本發(fā)明GH4169高溫合金鋼鍛件熱處理工藝技術(shù)方案包括以下步驟：
a、高溫?cái)U(kuò)散退火工藝：將高溫合金鋼錠在1150±10℃加熱22～26h，再在1190±10℃下加熱70～74h后，空冷；
b、鍛后預(yù)處理：加熱溫度為950±10℃，保溫0.5～1.5h后，空冷；
c、高溫固溶處理：加熱溫度為910±10℃，保溫18～24h后，空冷；再加熱，加熱溫度為960±10℃，保溫1～2h，空冷；
d、低溫時(shí)效處理：加熱溫度為710±10℃，保溫7～10h后控制以50～60℃/h的速度隨爐一起冷卻至610±10℃，再保溫7～10h，空冷，得到鍛件。
對于高溫合金錠，在每次加熱后都會(huì)使一部分元素偏析或析出，相固溶后空冷的溫降速度較慢，利于后續(xù)均勻擴(kuò)散，使組織趨于均勻、消除偏析，其他冷卻方式冷卻速度偏大，空冷至室溫或不燙手即可。
進(jìn)一步的，上述一種高溫合金鋼的熱處理方法，其中a步驟中將高溫合金鋼錠在1150℃加熱24h，再在1190℃下加熱72h后，空冷。
進(jìn)一步的，上述一種高溫合金鋼的熱處理方法，其中b步驟中加熱溫度為960℃，保溫1h后，空冷。
進(jìn)一步的，上述一種高溫合金鋼的熱處理方法，其中c步驟中加熱溫度為900℃，保溫22h后空冷；再加熱，加熱溫度為950℃，保溫1.5h后空冷。
進(jìn)一步的，上述一種高溫合金鋼的熱處理方法，其中d步驟中加熱溫度為720℃，保溫8h后以50℃/h的速度隨爐冷卻至620℃，再保溫8h，再空冷至室溫。
上述一種高溫合金鋼的熱處理方法，其中得到鍛件的最終晶粒級別為8.0～8.6級。
上述一種高溫合金鋼的熱處理方法，得到的鍛件在650℃、720MPa的蠕變條件下，蠕變壽命為182h。
本發(fā)明通過對高溫合金采取合適的鍛后加熱預(yù)處理、高溫固溶處理和低溫時(shí)效處理熱處理工藝制度，將鎳基合金中不均勻分布的γ′相全部或部分溶解，最大限度地減少γ/γ′兩相共晶的含量，使元素得到充分?jǐn)U散，均化合金的化學(xué)成分，減少成分偏析，并調(diào)整合金中γ′析出相的數(shù)量、形態(tài)與分布，達(dá)到改善合金性能的目的。通過時(shí)效處理，使其從過飽和固溶體中充分析出細(xì)小的γ′和γ"相，以提高合金的室溫和高溫力學(xué)性能。同時(shí)再時(shí)效處理，使其從過飽和固溶體中充分析出細(xì)小的γ′和γ"相，以提高合金的室溫和高溫力學(xué)性能，使合金具有較長蠕變壽命，可以大幅提高產(chǎn)品兌現(xiàn)率及用戶滿意度，具有在攀長鋼其他高溫合金熱處理產(chǎn)品及國內(nèi)同行業(yè)推廣應(yīng)用的市場前景。
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。
實(shí)施例1
一種尺寸的GH4169高溫合金鋼錠經(jīng)高溫?cái)U(kuò)散退火工藝為：1150±10℃，保溫24h，再在1190±10℃下保溫72h后空冷，經(jīng)過7道次墩粗和拔長熱加工工藝后，墩粗到圓餅，后續(xù)熱處理工藝包含以下步驟：
(1)鍛后預(yù)處理：加熱溫度為960℃，保溫1h，空冷；
(2)高溫固溶處理：加熱溫度為900℃，保溫22h，空冷；再加熱，加熱溫度為950℃，保溫1.5h，空冷；
(3)低溫時(shí)效處理：加熱溫度為720℃，保溫8h，以50℃/h速度隨爐冷至620℃，再保溫8h，空冷。
鍛件最終晶粒級別為8.5級；
鍛件在蠕變條件下650℃、720MPa下進(jìn)行高溫低周蠕變-疲勞試驗(yàn)測試，蠕變壽命182h。
實(shí)施例2
一種尺寸的GH4169高溫合金鋼錠經(jīng)高溫?cái)U(kuò)散退火工藝為：1150±10℃下保溫24h后，再在1190±10℃保溫72h，空冷，經(jīng)過7道次墩粗和拔長熱加工工藝后，墩粗到圓餅，后續(xù)熱處理工藝包含以下步驟：
(1)鍛后預(yù)處理：加熱溫度為950℃，保溫1h，空冷；
(2)高溫固溶處理：加熱溫度為910℃，保溫24h，空冷，再加熱，加熱溫度為960℃，保溫2h，空冷；
(3)低溫時(shí)效處理：加熱溫度為710℃，保溫9h，以60℃/h速度隨爐冷至610℃，再保溫9h，空冷。
鍛件最終晶粒級別為8.2級；
鍛件在蠕變條件下650℃、720MPa下進(jìn)行高溫低周蠕變-疲勞試驗(yàn)測試，蠕變壽命180h。
實(shí)施例3
一種尺寸的GH4169高溫合金鋼錠經(jīng)高溫?cái)U(kuò)散退火工藝為：1150±10℃下保溫24h后，再在1190±10℃保溫72h，空冷，經(jīng)過7道次墩粗和拔長熱加工工藝后，墩粗到圓餅，后續(xù)熱處理工藝包含以下步驟：
(1)鍛后預(yù)處理：加熱溫度為940℃，保溫1h，空冷；
(2)高溫固溶處理：加熱溫度為920℃，保溫18h，空冷，再加熱，加熱溫度為970℃，保溫1h，空冷；
(3)低溫時(shí)效處理：加熱溫度為700℃，保溫10h，以55℃/h速度隨爐冷至600℃，再保溫7h，空冷。
鍛件最終晶粒級別為8.4級；
鍛件在蠕變條件下650℃、720MPa下進(jìn)行高溫低周蠕變-疲勞試驗(yàn)測試，蠕變壽命181h。
對比例1
一種尺寸的GH4169高溫合金鋼錠經(jīng)高溫?cái)U(kuò)散退火工藝為：1190±10℃下保溫48h后空冷，經(jīng)過7道次墩粗和拔長熱加工工藝后，墩粗到圓餅，后續(xù)熱處理工藝包含以下步驟：
(1)鍛后預(yù)處理：加熱溫度為940℃，保溫1h，空冷；
(2)高溫固溶處理：加熱溫度為920℃，保溫12h，空冷，再加熱，加熱溫度為970℃，保溫1h，空冷；
(3)低溫時(shí)效處理：加熱溫度為700℃，保溫7h，以55℃/h速度隨爐冷至600℃，再保溫5h，空冷。
鍛件最終晶粒級別為7級，并仍有少數(shù)混晶存在；
鍛件產(chǎn)品在650℃、720MPa下進(jìn)行高溫低周蠕變-疲勞試驗(yàn)測試，蠕變壽命54h。對比實(shí)施例看，原工藝(對比例1工藝)表現(xiàn)出退火及后續(xù)熱處理過程不充分。