一種不銹鋼整體葉盤熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料熱處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種13Crl5Ni4Mo3N不銹鋼材料制成的整體葉盤的熱處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代高性能發(fā)動(dòng)機(jī)(特別是航空發(fā)動(dòng)機(jī))的壓氣機(jī)部件對選用的材料強(qiáng)度、硬度和塑性提出了更高的要求，目前在發(fā)動(dòng)機(jī)制造過程中，通常對葉片盤零件采用不銹鋼鍛造加工來整體成型，同時(shí)采用多級熱處理的方法提高合金強(qiáng)度，這樣來提高該整體葉盤零件的綜合性能。
[0003]目前的壓氣機(jī)葉片盤零件一般選用鈦合金或不銹鋼制造，其強(qiáng)度均在IlOOMPa以下，為了提升葉盤的強(qiáng)度，需要選用更高強(qiáng)度的合金鋼。新一代高強(qiáng)度鋼13Crl5Ni4Mo3N，屬于馬氏體沉淀硬化不銹鋼，理論上抗拉強(qiáng)度可達(dá)到1200MPa以上，硬度達(dá)到HRC 37以上，并且具有良好的耐腐蝕性，能夠很好地滿足發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉盤的使用要求。
[0004]現(xiàn)有的對不銹鋼材料的熱處理方法可參見中國專利CN103436672A、CN104372140A、CN103555895A等文獻(xiàn)記載，但這些現(xiàn)有的熱處理方法難以使13Crl5Ni4Mo3N不銹鋼材料達(dá)到1200MPa以上的抗拉強(qiáng)度指標(biāo)，且對于整體葉盤這樣的零件，現(xiàn)有的熱處理方法會(huì)使產(chǎn)品頻繁出現(xiàn)淬火裂紋，從而導(dǎo)致整體葉盤零件報(bào)廢或降級，目前在使用13Crl5Ni4Mo3N不銹鋼材料制造葉盤零件的過程中，還沒有有效解決方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種不銹鋼整體葉盤熱處理方法，以減少或避免前面所提到的問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種不銹鋼整體葉盤熱處理方法，其用于對由13Crl5Ni4Mo3N不銹鋼材料制成的整體葉盤零件進(jìn)行熱處理，其包括如下步驟:
[0007]步驟A，預(yù)備熱處理:一級退火，將所述整體葉盤裝入到空氣爐中，加熱到880?900°C，保溫8?10小時(shí)后出爐空冷。二級退火，將所述整體葉盤裝入到空氣爐中，加熱到650°C?670°C，保溫5?6小時(shí)后出爐空冷。三級退火，將所述整體葉盤裝入到空氣爐中，加熱到770°C?690°C，保溫10?12小時(shí)后出爐空冷；四級退火，將所述整體葉盤裝入到空氣爐中，加熱到570°C?600°C，保溫8?10小時(shí)后出爐空冷。
[0008]步驟B:—次淬火:將所述整體葉盤裝入到空氣爐中，加熱到1030°C?1050°C，保溫3?4小時(shí)后出爐進(jìn)行水冷。水冷過程中所述整體葉盤在水槽中上下?lián)u動(dòng)不小于5min，并在水中浸泡I小時(shí)以上。
[0009]步驟C:一次冷處理:將所述整體葉盤裝入冷處理設(shè)備，降溫至-75 V?_73°C，保溫6?6.5小時(shí)，出爐空冷4小時(shí)以上。
[0010]步驟D:二次淬火:將所述整體葉盤裝入到空氣爐中，加熱到940°C?960°C，保溫2?3小時(shí)后出爐行水冷。水冷過程中所述整體葉盤在水槽中上下?lián)u動(dòng)不小于5min，并在水中浸泡I小時(shí)以上。
[0011]步驟E:二次冷處理:將所述整體葉盤裝入冷處理設(shè)備，降溫至-75°c?-73°c，保溫6?6.5小時(shí)，出爐空冷4小時(shí)以上。
[0012]步驟F:低溫回火:將葉片盤加熱到530°C?550°C，保溫5?6小時(shí)后出爐空冷。
[0013]優(yōu)選地，在步驟B和步驟D中，所述整體葉盤在水槽中上下垂直移動(dòng)行程不小于所述整體葉盤的厚度的2倍，且上下垂直移動(dòng)所述整體葉盤的頻率在20次/分鐘-40次/分鐘。
[0014]本發(fā)明所提供的一種不銹鋼整體葉盤熱處理方法，其制備的葉盤零件在室溫可達(dá)到1200MPa以上的抗拉強(qiáng)度指標(biāo)，且HRC硬度值分布均勻，無淬火裂紋、無室溫脆性，耐蝕性好。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了對發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)說明發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0016]本發(fā)明提供了一種不銹鋼整體葉盤熱處理方法，其用于對由13Crl5Ni4Mo3N不銹鋼材料制成的整體葉盤零件進(jìn)行熱處理，其包括如下步驟:
[0017]步驟A，預(yù)備熱處理:一級退火，將所述整體葉盤裝入到空氣爐中，加熱到880?900°C，保溫8?10小時(shí)后出爐空冷。二級退火，將所述整體葉盤裝入到空氣爐中，加熱到650°C?670°C，保溫5?6小時(shí)后出爐空冷。三級退火，將所述整體葉盤裝入到空氣爐中，加熱到770°C?690°C，保溫10?12小時(shí)后出爐空冷；四級退火，將所述整體葉盤裝入到空氣爐中，加熱到570°C?600°C，保溫8?10小時(shí)后出爐空冷。
[0018]在預(yù)備熱處理過程中，采用四級退火，可不斷調(diào)整奧氏體、珠光體含量，也就能夠完全消除毛坯鍛造加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，并將合金內(nèi)部組織調(diào)整均勻，為后續(xù)淬火提供組織保證。
[0019]步驟B:—次淬火:將所述整體葉盤裝入到空氣爐中，加熱到1030°C?1050°C，保溫3?4小時(shí)后出爐進(jìn)行水冷。水冷過程中所述整體葉盤在水槽中上下?lián)u動(dòng)不小于5min，并在水中浸泡I小時(shí)以上。
[0020]采用本發(fā)明提供的水淬方法，可使所述整體葉盤在加熱過程中形成的均勻奧氏體組織以較快的冷卻速度進(jìn)行冷卻，也就可獲得盡可能多的室溫馬氏體組織，保證合金高強(qiáng)度性能。發(fā)明人通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，淬火時(shí)在水槽中上下垂直方向搖動(dòng)所述整體葉盤，可有效提高淬透性，也就能夠使合金內(nèi)部和表層獲得均勻分布的組織形態(tài)。
[0021]特別的，當(dāng)所述整體葉盤在水槽中上下垂直移動(dòng)行程不小于所述整體葉盤的厚度的2倍，且上下垂直移動(dòng)所述整體葉盤的頻率在20次/分鐘-40次/分鐘時(shí)，效果最好。
[0022]步驟C:一次冷處理:將所述整體葉盤裝入冷處理設(shè)備，降溫至-75 V?_73°C，保溫6?6.5小時(shí)，出爐空冷4小時(shí)以上。
[0023]步驟D:二次淬火:將所述整體葉盤裝入到空氣爐中，加熱到940°C?960°C，保溫2?3小時(shí)后出爐行水冷。水冷過程中所述整體葉盤在水槽中上下?lián)u動(dòng)不小于5min，并在水中浸泡I小時(shí)以上。
[0024]二次淬火可調(diào)整合金元素在奧氏體中的溶解量，控制奧氏體晶粒，從而可進(jìn)一步調(diào)整室溫下形成的馬氏體、殘余奧氏體含量。
[0025]采用本發(fā)明提供的水淬方法，可使所述整體葉盤在加熱過程中形成的均勻奧氏體組織以較快的冷卻速度進(jìn)行冷卻，也就可獲得盡可能多的室溫馬氏體組織，保證合金高強(qiáng)度性能。發(fā)明人通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，淬火時(shí)在水槽中上下垂直方向搖動(dòng)所述整體葉盤，可有效提高淬透性，也就能夠使合金內(nèi)部和表層獲得均勻分布的組織形態(tài)。
[0026]特別的，當(dāng)所述整體葉盤在水槽中上下垂直移動(dòng)行程不小于所述整體葉盤的厚度的2倍，且上下垂直移動(dòng)所述整體葉盤的頻率在20次/分鐘-40次/分鐘時(shí)，效果最好。
[0027]步驟E:二次冷處理:將所述整體葉盤裝入冷處理設(shè)備，降溫至-75 V?_73°C，保溫6?6.5小時(shí)，出爐空冷4小時(shí)以上。
[0028]通過二次冷處理，可進(jìn)一步促進(jìn)合金中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，增加馬氏體含量，提高合金強(qiáng)度。
[0029]步驟F:低溫回火:將所述整體葉盤加熱到530°C?550°C，保溫5?6小時(shí)后出爐空冷。
[0030]通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，通過低溫回火過程，可析出一定強(qiáng)化相，消除組織轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的較大組織應(yīng)力與淬火應(yīng)力，同時(shí)獲得回火馬氏體，使合金內(nèi)部的組織狀態(tài)與應(yīng)力狀態(tài)分布均勻，從而使葉盤獲得較高的抗拉強(qiáng)度、塑韌性，提高抗疲勞能力、耐蝕性和硬度分布均勻性，進(jìn)一步提尚葉片盤的使用壽命。
[0031]發(fā)明人通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，經(jīng)由上述熱處理方法制備的葉盤零件在室溫可達(dá)到1200MPa以上的抗拉強(qiáng)度指標(biāo)，且HRC硬度值分布均勻，無淬火裂紋、無室溫脆性，耐蝕性好。特別的，在步驟B及步驟D所提及的淬火處理工藝中，現(xiàn)有技術(shù)通常采用油冷的方式進(jìn)行淬火處理，但發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對于13Crl5Ni4Mo3N不銹鋼材料，油冷的效果并不理想且不穩(wěn)定，水冷效果比較穩(wěn)定，而且在水冷過程中，如在水槽中不在上下垂直方向搖動(dòng)所述整體葉盤，則最終完成熱處理的所述葉盤零件還是會(huì)出現(xiàn)周向淬火裂紋或者最終抗拉強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)不到1200MPa。因此，在步驟B及步驟D中的水冷過程也是本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)最大的區(qū)別之一。除此之外，本發(fā)明的四級退火預(yù)處理、連續(xù)的兩次淬火及冷處理、最終的低溫回火這一系列的處理步驟以及相應(yīng)的參數(shù)均是多次實(shí)踐嘗試才摸索出的結(jié)果，這也與現(xiàn)有技術(shù)有著顯著不同，是難以從現(xiàn)有技術(shù)直接推斷獲得的。
[0032]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明所提供的一種不銹鋼整體葉盤熱處理方法，其包括如下步驟:
[0033]步驟A:預(yù)備熱處理:一級退火，將所述整體葉盤裝入到空氣爐中，加熱到890°C，保溫9小時(shí)后出爐空冷。二級退火，將所述整體葉盤裝入到空氣爐中，加熱到660°C，保溫5小時(shí)后出爐空冷。三級退火，將所述整體葉盤裝入到空氣爐中，加熱到780°C，保溫11小時(shí)后出爐空冷；四級退火，將所述整體葉盤裝入到空氣爐中，加熱到580°C，保溫9小時(shí)后出爐空冷。
[0034]步驟B:—次淬火:將所述整體葉盤裝入到空氣爐中，加熱到1040°C，保溫4小時(shí)后出爐進(jìn)行水冷。所述整體葉盤在水槽中上下?lián)u動(dòng)5min，并在水中浸泡1.5小時(shí)。
[0035]所述整體葉盤在水槽中上下垂直移動(dòng)行程2倍于所述整