CN113881909A - 一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法及叶片锻件 - Google Patents
一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法及叶片锻件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113881909A CN113881909A CN202110985607.XA CN202110985607A CN113881909A CN 113881909 A CN113881909 A CN 113881909A CN 202110985607 A CN202110985607 A CN 202110985607A CN 113881909 A CN113881909 A CN 113881909A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- heat treatment
- gh4720li
- blade forging
- forging
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/02—Selection of particular materials
- F04D29/023—Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/403—Casings; Connections of working fluid especially adapted for elastic fluid pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/10—Stators
- F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/20—Rotors
- F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
- F05D2300/17—Alloys
- F05D2300/175—Superalloys
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
本申请涉及高温合金热处理的技术领域,具体公开了一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法及叶片锻件。所述GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法包括亚固溶处理与两步时效处理,亚固溶处理的温度为1050‑1160℃,保温时间为0.5‑4h;第一步时效温度为750‑860℃,保温时间为4‑8h;第二步时效温度为630‑730℃,保温时间为16‑24h。另外,本申请的制备方法适用于直径为φ15‑50mm的小规格棒材,也适用于由小规格棒材制备的高压压气机转子叶片,能够使叶片平均晶粒度达到ASTM 11级或更细,在400℃、650℃、750℃温度下力学性能更优。
Description
技术领域
本申请涉及高温合金热处理的技术领域,更具体地说,它涉及一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法及叶片锻件。
背景技术
GH4720Li高温合金是一种先进的、难变形的镍基高温合金,具有优异的高温强度及耐高温腐蚀性能,服役温度可达到750℃,前期主要用于涡轮盘锻件的制备。但目前,作为新型叶片材料已被应用于飞机发动机中。
但是GH4720Li高温合金的晶粒度和γ′相的大小、分布、匹配等因素都会显著影响合金的力学性能,而叶片锻件的组织和性能对热处理工艺十分敏感。热处理工艺的控制不当,极易造成组织粗化,影响材料服役性能。
发明内容
为了提供使GH4720Li高温合金叶片锻件内组织均匀且具有较好的力学性能,本申请提供一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法及叶片锻件。
第一方面,本申请提供一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法,采用如下的技术方案:
一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法,包括亚固溶处理与两步时效处理,亚固溶处理的温度为1050-1160℃,保温时间为0.5-4h,然后以空冷的冷却方式冷却至室温;
第一步时效温度为750-860℃,保温时间为4-8h,然后以空冷的冷却方式冷却至室温;
第二步时效温度为630-730℃,保温时间为16-24h,然后以空冷的冷却方式冷却至室温。
通过采用上述技术方案,高温合金的性能主要取决于它的化学元素和组织结构(晶粒度和析出相)。当合金元素一定时,影响合金组织结构的因素主要有塑性变形和热处理,其中热处理工艺对合金组织结构的调整十分重要。如果热处理工艺选择合理,就能够保证叶片锻件内的晶粒度大小合适及析出相分布均匀,从而可以获得优异的力学性能和使用性能。
因此,为了使GH4720Li高温合金叶片锻件获得较优的力学性能,调整合金或者叶片锻件内部的晶粒度及组织分布,本申请采用亚固溶处理与两步时效的热处理工艺,通过改变步骤内的加热温度、保温时间和冷却方式,来实现GH4720Li高温合金叶片锻件组织改变及性能匹配。
GH4720Li高温合金叶片锻件经过亚固溶处理后,γ′析出相在基体的溶解度随温度升高而变大,可将材料中的γ′析出相溶解至基体中,并且通过合理的亚固溶温度以及冷却方式,γ′析出相重新析出,并得到不同于亚固溶处理前的组织形貌、含量、尺寸及分布,改善GH4720Li高温合金的性能,并为时效处理创造条件。
GH4720Li高温合金的热处理过程中,亚固溶热处理通常作为第一级热处理,溶解部分强化相和晶界相并形成过饱和固溶体,同时获得大小适合的晶粒尺寸,为后续的时效处理做好准备,亚固溶热处理可以说是GH4720Li高温合金中重要的热处理工序。亚固溶热处理的目的通常有三个:(1)溶解部分主要强化相,如γ′、碳化物或者硼化物等,为时效过程析出均匀细小弥散分布的强化相作准备,也为晶内析出的二次沉淀相作准备;(2)调整晶粒尺寸,通过调整保温时间和保温温度,使晶粒的尺寸与分布更加均匀,一般提高亚固溶温度和延长保温时间,会使晶粒长大;(3)降低或消除偏析,对于高温合金零件毛坯来说,通过亚固溶热处理降低或消除成分偏析,从而使强化相分布均匀。
时效的目的是使溶质原子形成第二相粒子的形式弥散析出在母相基体上,其界面与母相发生界面错配、与位错发生交互作用以及阻挡滑移位错的运动,综合起来达到析出强化的目的。
由于GH4720Li高温合金的γ′相的析出过程较为复杂,且在不同热处理工艺下,γ′相的尺寸和分布也表现出多种形貌,所以时效过程对小尺寸γ′相的调控也尤为重要。两步时效的意义主要是调整小尺寸γ′相的析出尺寸和分布规律。
优选的,所述冷却方式还可以为风冷、油冷、水冷或氩气冷却。
优选的,所述冷却方式为空冷、风冷、油冷和水冷时,采用的热处理设备为箱式热处理炉。
优选的,所述冷却方式为氩气冷却时,采用的热处理设备为真空热处理炉。
通过采用上述技术方案,采用不同的冷却方式冷却至室温,使溶入基体的溶质原子留在母相基体内不发生缓冷的析出第二相现象、使母相成为过饱和固溶体,改善GH4720Li高温合金叶片锻件合金的强度。尤其是采用氩气冷却的方式进行冷却,效果更加明显。氩气是一种惰性气体,性质稳定,不会与被处理产品发生反应,热处理效果优于氮气和氨气。一般的,对铸件或者锻件进行热处理操作时,采用的是箱式热处理炉,可以根据铸件或者锻件的大小、处理的数量选择不同规格的热处理炉,在工业上,一般选择的是燃气箱式热处理炉,比较经济,节约成本,对于本申请中的叶片锻件,由于叶片锻件尺寸较小,因此,采用的是箱式电阻炉,箱式电阻炉具有控温均匀的优点,可以降低因受热不均而导致开裂的可能性。但是对于冷却方式为氩气冷却的,采用的热处理设备为真空热处理炉,与常规热处理相比可实现无氧化,无脱碳,无渗碳,可去掉工件表面的磷屑,并脱脂除气,从而达到表面光亮净化的效果。具有变形小、高效节能、污染少等优点。
优选的,所述亚固溶处理的温度为1080-1107℃,保温时间为0.5-4h;
第一步时效温度为750-800℃,保温时间为4-8h;
第二步时效温度为640-680℃,保温时间为16-24h。
通过采用上述技术方案,将GH4720Li高温合金叶片锻件置于热处理炉中进行加热,从室温加热到上述亚固溶或时效的温度范围内,当达到上述温度范围内,开始记录保温时间。在此亚固溶处理与时效处理的温度及时间范围内的热处理工艺,更加适合平均晶粒度达到ASTM 11级或更细的叶片锻件,主要用于高压压气机转子叶片锻件的制备。
优选的,所述亚固溶处理的温度为1080-1107℃,保温时间为0.5-4h;
第一步时效温度为760℃,保温时间为8h;
第二步时效温度为650℃,保温时间为24h。
通过采用上述技术方案,在上述时效温度与保温时间下的性能最优,合金或叶片锻件内部组织更加均匀,平均晶粒度可达到ASTM 12,经过力学性能的检测,其在400℃的屈服强度达到1172MPa以上,在650℃的屈服强度达到1102MPa以上,在750℃的屈服强度达到1067.5MPa以上,获得较高的高温强度。
优选的,所述亚固溶处理的温度为1120-1150℃,保温时间为0.5-4h;
第一步时效温度为800-850℃,保温时间为4-8h;
第二步时效温度为680-720℃,保温时间为16-24h。
通过采用上述技术方案,在上述亚固溶处理与时效的温度和时间范围内更加适合晶粒度ASTM 4-8级的合金或者锻件,主要用于生产制备静止叶片。
优选的,所述亚固溶处理的温度为1120-1150℃,保温时间为0.5-4h;
第一步时效温度为820℃,保温时间为4h;
第二步时效温度为700℃,保温时间为16h。
通过采用上述技术方案,在上述时效温度与保温时间下的合金或者叶片锻件性能最优,高温持久、蠕变性能较好,合金内部组织均匀,在400℃的屈服强度达到1053.5MPa,在650℃的屈服强度达到987MPa,在704℃/828MPa的持久时间达到55.4h以上。
第二方面,本申请提供一种航空发动机叶片锻件,采用如下的技术方案:
一种航空发动机叶片锻件,所述叶片锻件是本申请中所述的一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法制备而成。
优选的,所述叶片锻件为高压压气机转子叶片或静止叶片。
通过采用上述技术方案,所述GH4720Li高温合金叶片锻件是通过以下方法制备得到的,GH4720Li高温合金锻件包括以下质量分数的元素,C(0.006-0.012)%;Cr(16.0-17.0)%;Ti(4.95-5.20)%;Al(2.45-2.65)%;B(0.01-0.02)%;Co(14.00-15.00)%;Fe≤0.50%;W(1.10-1.40)%;Mo(2.75-3.25)%;Zr(0.025-0.05)%;Ni余量。利用双联或者三联的冶炼工艺,经过冶炼后制备成直径为φ406mm或者φ508mm的GH4720Li高温合金铸锭。
双联的冶炼工艺包括真空感应熔炼(VIM)、真空自耗熔炼(VAR)和均匀化退火三个阶段,而真空感应熔炼(VIM)包括熔化期、精炼期和浇注期三个阶段,熔化期的全熔温度为1470-1520℃,精炼期的精炼温度为1520-1550℃,浇注期的浇注温度为1445-1465℃;而在真空自耗熔炼(VAR)阶段,真空自耗熔炼期控制真空度0.2-0.55Pa,当形成熔池后充入氦气,感应电极棒的熔速为2.5-3.5kg/min。最后将合金铸锭进行均匀化退火处理,退火温度1150-1200℃,保温时间60-90h,主要用于生产直径为φ406mm的合金铸锭。
而三联冶炼工艺包括真空感应熔炼(VIM)、电渣重熔冶炼(ESR)、真空自耗熔炼(VAR)和均匀化退火四个阶段,在电渣重熔冶炼(ESR)阶段,选择的渣系是CaF2/CaO/Al2O3/TiO2/MgO,渣系CaF2:CaO:Al2O3:TiO2:MgO的重量比为55:20:15:5:5,主要用于制备直径为φ508mm的合金铸锭。
将上述制备的GH4720Li高温合金铸锭在快锻机、径锻机以及轧机上进行锻造与轧制,得到直径为φ15-50mm的小规格GH4720Li高温合金棒材;再将小规格GH4720Li高温合金棒材在压力机上进行锻造,得到GH4720Li高温合金叶片锻件;最后将叶片锻件经过亚固溶与两步时效热处理,调整锻件内部的组织,使组织更加的均匀,使力学性能得以提高。
飞机发动机是飞机的心脏,发动机性能的好坏直接决定着整个飞机性能的好坏。根据飞机发动机上的不同部位的使用要求,可以分为高压压气机转子叶片与静止叶片,高压压气机转子叶片是一个转动件,服役条件恶劣,因此,高压压气机转子叶片的性能要求自然要比静止叶片的要求高,本申请的重点也是在于对高压压气机转子叶片性能的研究。
综上所述,本申请具有以下有益效果:
1、本申请采用亚固溶与两步时效的热处理方法,使GH4720Li高温合金叶片锻件内的γ′析出相在基体的溶解度随温度升高而变大,并且通过亚固溶与两步时效温度以及冷却方式的调整,来实现对GH4720Li高温合金组织与性能的调控;
2、本申请中优选采用亚固溶处理的温度为1080-1107℃,保温时间为0.5-4h;第一步时效温度为760℃,保温时间为8h;第二步时效温度为650℃,保温时间为24h。上述热处理方法适合要求平均晶粒度达到ASTM 11级或更细的叶片锻件,在400℃、650℃、750℃温度下力学性能最优;
3、本申请中优选采用亚固溶处理的温度为1120-1150℃,保温时间为0.5-4h;第一步时效温度为850℃,保温时间为4h;第二步时效温度为720℃,保温时间为16h。上述热处理方法适合要求平均晶粒度达到ASTM 4-8级的叶片锻件,在400℃、650℃、750℃温度下力学性能较优;
4、采用本申请的热处理方法,GH4720Li高温合金叶片锻件经热处理后具有的优异性能,为航空发动机的选材提供支撑;
5、本申请的热处理方法,也适用于直径为φ15-50mm的小规格棒材。
附图说明
图1是实施例1的GH4720Li高温合金的100倍晶粒照片;
图2是实施例2的GH4720Li高温合金的100倍晶粒照片;
图3是实施例3的GH4720Li高温合金的100倍晶粒照片;
图4是实施例4的GH4720Li高温合金的100倍晶粒照片;
图5是实施例5的GH4720Li高温合金的100倍晶粒照片;
图6是实施例6的GH4720Li高温合金的100倍晶粒照片;
图7是实施例7的GH4720Li高温合金的100倍晶粒照片;
图8是对比例1的GH4720Li高温合金的100倍晶粒照片;
图9是对比例2的GH4720Li高温合金的100倍晶粒照片;
图10是对比例3的GH4720Li高温合金的100倍晶粒照片;
图11是对比例4的GH4720Li高温合金的100倍晶粒照片;
图12是对比例5的GH4720Li高温合金的100倍晶粒照片;
图13是对比例6的GH4720Li高温合金的100倍晶粒照片;
图14是对比例7的GH4720Li高温合金的100倍晶粒照片;
图15是对比例8的GH4720Li高温合金的100倍晶粒照片。
具体实施方式
以下结合附图1-15和实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请提供一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法,采用的是亚固溶与两步时效的处理方式,调整亚固溶及时效的温度与时间,从而改变合金内部组织,使平均晶粒度达到叶片锻件的使用要求,提高叶片锻件的力学性能。叶片锻件是由小规格棒材制备而成的,具体如下所示,
(一)真空感应熔炼(VIM)
1.配料,按照以下的化学元素及重量百分比进行配料计算,准备原材料,C(0.006-0.012%);Cr(16.0-17.0)%;Ti(4.95-5.20)%;Al(2.45-2.65)%;B(0.01-0.02)%;Co(14.00-15.00)%;Fe≤0.50%;W(1.10-1.40)%;Mo(2.75-3.25)%;Zr(0.025-0.05)%;Ni为余量。
2.装料抽真空,将原材料放入真空感应炉内,并进行抽真空;
3.原材料全熔,熔化期添加含有W、Mo、Co、Ni元素的原材料,全熔温度为1510±3℃;精炼期添加含有Cr、Ti、Al元素的原材料,进行电磁搅拌;精炼温度为1535±3℃;
4.取样检测,当元素含量达到规定范围后,添加Ni-Mg稀土后,出炉;
5.浇注,浇注前在钢锭模(直径为φ100-150mm)内充入氩气,将合金液温度控制在1450±3℃时,进行浇注;
6.冷却凝固,合金液在钢锭模中不断冷却至室温,凝固后得到感应电极棒。
(二)电渣重熔冶炼(ESR)
表面进行车光处理,切冒口,随后进行电极头部焊接。
将感应电极棒进行电渣重熔冶炼,冶炼全程通入氩气,采用的渣系是CaF2/CaO/Al2O3/TiO2/MgO,配比为55wt%-20wt%-15wt%-5wt%-5wt%,再经过化渣→起弧→重熔→补缩→冷却→脱模等阶段,得到电渣重熔电极棒。
(三)真空自耗熔炼(VAR)
将重熔电极棒表面车光处理,去除表面氧化皮,加工至头尾端面平行,随后进行电极头部焊接。
真空自耗熔炼控制真空度0.5Pa,当形成熔池后充入氦气,控制氦气的压力为600Pa,感应电极棒的熔速为3.4kg/min,熔化后的合金液在钢锭模(直径为φ508mm或者φ406mm)中凝固,脱模后得到合金铸锭;
(四)合金铸锭均匀化退火
将合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化退火,热处理炉一般选用的是燃气热处理炉,退火温度1180±5℃,保温时间75±0.5h。
(五)快锻
将均匀化退火后的合金铸锭再次加热,加热温度为1120±5℃,在快锻机机上沿合金铸锭的轴向进行1个火次的镦粗和2个火次的单向拔长,每火次终锻温度不低于1000℃,得到合金棒坯,采用保温棉在锻造过程中对合金铸锭进行包套。
(六)径锻
将合金棒坯在加热炉中加热至1120±5℃,在径锻机上沿合金棒坯轴向进行1个火次的单向拔长,每火次终锻温度950℃,得到中间坯料,在径锻过程中采用保温棉对合金棒坯进行包套;
(七)热轧制
在加热炉中将中间坯料加热至1120±5℃,在热轧机上沿中间坯料的轴向进行3个火次的轧制,终锻温度为980℃,最终得到直径为φ15-50mm的GH4720Li高温合金小规格棒材。
(八)叶片锻造
将直径为φ15-50mm的GH4720Li高温合金小规格棒材在加热炉加热至1120±5℃,然后在压力机上采用模具锻造或精密锻造的方式进行叶片锻件的锻造,得到GH4720Li高温合金叶片锻件。
(九)热处理工艺
首先将上述叶片锻件或小规格棒材进行成分检测、外观检验和内部缺陷的检测,选择成分合格,外观无明显缺陷,如开裂等,内部无缺陷(缩孔、缩松)的叶片锻件进行热处理。
1.亚固溶处理:将叶片锻件放入热处理炉中进行加热,保温一段时间后进行冷却;
2.第一步时效:将经过亚固溶处理后的叶片锻件再次放入热处理炉中加热,保温一段时间后进行冷却;
3.第二步时效:将第一步时效处理后的叶片锻件再次放入热处理炉中加热,保温一段时间后进行冷却。
实施例
本申请中实施例1-7内的热处理工艺参数如表1所示:
表1实施例1-7中热处理工艺内的参数
*上述表格中,实施例1-6中热处理炉采用的是箱式电阻炉,实施例7采用的是真空热处理炉。
对比例
对比例1-7中与实施例1-7的区别如表2所示:
表2对比例中热处理工艺内的参数
对比例8为将合金铸锭经过快锻、径锻、热轧制与模锻处理后的叶片锻件,不经过任何的热处理。
性能检测试验
一、成分检测
参照ASTM E 354标准,采用湿化学法或光谱化学法对叶片锻件内元素及含量进行检测,具体结果如表3所示:
表3成分含量(wt%)
元素 | C | Cr | Ti | Al | B | Co | W | Mo |
含量 | 0.009 | 16.34 | 5.07 | 2.54 | 0.013 | 14.7 | 1.28 | 3.07 |
元素 | Zr | Fe | Si | P | S | O | N | Ni |
含量 | 0.033 | 0.096 | 0.014 | <0.005 | <0.0004 | 0.0004 | 0.001 | 余量 |
二、金相组织观察
1、取样:取样时应保证试样观察面不发生组织变化,试样尺寸为30×30×50mm的方形试样。
2、金相试样的制备:粗磨→细磨→抛光→腐蚀,在金相显微镜下进行组织观察。
三、力学性能检测
按照ASTME 21标准,检测热处理后叶片锻件在400℃、650℃和750℃条件下拉伸强度与屈服强度,具体结果如表4、表5、表6所示:
表4在400℃的条件下力学性能
表5在650℃的条件下力学性能
类别 | 拉伸强度/MPa | 屈服强度/MPa |
实施例1 | 1477 | 1102 |
实施例2 | 1368.5 | 1081.5 |
实施例3 | 1356 | 970 |
实施例4 | 1350 | 972 |
实施例5 | 1351 | 969.5 |
实施例6 | 1372 | 987 |
实施例7 | 1510 | 1124 |
对比例1 | 1342 | 958 |
对比例2 | 1100 | 802 |
对比例3 | 1325 | 945 |
对比例4 | 1321 | 930 |
对比例5 | 1330 | 942 |
对比例6 | 1306 | 843 |
对比例7 | 1294 | 837 |
对比例8 | 1105 | 800 |
表6在750℃的条件下力学性能
按照ASTME E 139标准,检测实施例5、实施例6与对比例6、对比例7中叶片锻件在704℃/828MPa条件下持久时间与延伸率的检测,具体结果如表7所示:
表7在704℃/828MPa的条件下持久性能测试结果
类别 | 持久时间/h | 延伸率/% |
实施例5 | 65 | 7.5 |
实施例6 | 55.4 | 5 |
对比例6 | 20 | 4.3 |
对比例7 | 22.5 | 4 |
结合实施例1-7和对比例1-8并结合表4、5、6可以看出,在不同温度条件下,实施例1-7的拉伸强度与屈服强度均高于对比例1-8,尤其是实施例7在750℃条件下,拉伸强度达到1214.5MPa,屈服强度达到1095.5MPa。
结合实施例1-7与对比例8,并结合表4、5、6可以看出,对比例8未经过任何热处理,在400℃、650℃和750℃,对比例8的拉伸强度与屈服强度较低,在750℃下,拉伸强度实施例1-7比对比例8高169MPa以上,屈服强度实施例1-7比对比例8高100MPa以上。
结合实施例1与对比例1-2并结合表4、5、6可以看出,在不同温度条件下,对比例1-2的亚固溶温度低于或者高于1050-1160℃范围时,都会影响着拉伸强度与屈服强度。
结合实施例7与对比例3并结合表4、5、6可以看出,在不同温度条件下,实施例7的拉伸强度与屈服强度均高于对比例3。
结合实施例5、实施例6与对比例6、对比例7并结合表7可以看出,在704℃/828MPa的条件下持久性能,实施例5、实施例6均高于对比例6、对比例7,实施例5的持久时间为65h。
结合实施例1、2、4、7与对比例1-5并结合图1/2/4/7/8/9/10/11/12可以看出,实施例1、2、4、7的晶粒度可达到ASTM 11级甚至更细,比对比例1-5的晶粒度分布更均匀,无混晶组织。
结合实例3、5、6与对比例6、7并结合图3/5/6/13/14可以看出,实施例3、5、6的晶粒度可控制在4-8级,比对比例6、7分布更为均匀,对比例6、7的组织中可观察到明显的混晶组织。
结合实施例7与对比例2并结合图7和9可以看出,实施例7的晶粒度可达到ASTM13级,对比例2由于固溶温度过高,超过亚固溶温度上限,γ′析出相全部溶解,失去了对晶界的钉扎效果,造成晶粒的过分长大,晶粒度已粗于ASTM 00级。
结合实施例1与对比例8并结合图1和图15可以看出,晶粒度均为11级以上,实施例1的晶粒组织比对比例8的更加均匀。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释,其并不是对本申请的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法,其特征在于,所述热处理方法包括亚固溶处理与两步时效处理,
亚固溶处理的温度为1050-1160℃,保温时间为0.5-4h,然后以空冷的冷却方式冷却至室温;
第一步时效温度为750-860℃,保温时间为4-8h,然后以空冷的冷却方式冷却至室温;
第二步时效温度为630-730℃,保温时间为16-24h,然后以空冷的冷却方式冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法,其特征在于:所述冷却方式还可以为风冷、油冷、水冷或氩气冷却。
3.根据权利要求2所述的一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法,其特征在于:所述冷却方式为空冷、风冷、油冷和水冷时,采用的热处理设备为箱式热处理炉。
4.根据权利要求2所述的一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法,其特征在于:所述冷却方式为氩气冷却时,采用的热处理设备为真空热处理炉。
5.根据权利要求1所述的一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法,其特征在于:所述亚固溶处理的温度为1080-1107℃,保温时间为0.5-4h;
第一步时效温度为750-800℃,保温时间为4-8h;
第二步时效温度为640-680℃,保温时间为16-24h。
6.根据权利要求5所述的一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法,其特征在于:所述亚固溶处理的温度为1080-1107℃,保温时间为0.5-4h;
第一步时效温度为760℃,保温时间为8h;
第二步时效温度为650℃,保温时间为24h。
7.根据权利要求1所述的一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法,其特征在于:所述亚固溶处理的温度为1120-1150℃,保温时间为0.5-4h;
第一步时效温度为800-850℃,保温时间为4-8h;
第二步时效温度为680-720℃,保温时间为16-24h。
8.根据权利要求5所述的一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法,其特征在于:所述亚固溶处理的温度为1120-1150℃,保温时间为0.5-4h;
第一步时效温度为820℃,保温时间为4h;
第二步时效温度为700℃,保温时间为16h。
9.一种航空发动机叶片锻件,其特征在于:所述叶片锻件是由权利要求1-8任一所述的一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法制备而成。
10.根据权利要求9所述的一种航空发动机叶片锻件,其特征在于:所述叶片锻件为高压压气机转子叶片或静止叶片。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110985607.XA CN113881909A (zh) | 2021-08-26 | 2021-08-26 | 一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法及叶片锻件 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110985607.XA CN113881909A (zh) | 2021-08-26 | 2021-08-26 | 一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法及叶片锻件 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113881909A true CN113881909A (zh) | 2022-01-04 |
Family
ID=79011083
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110985607.XA Pending CN113881909A (zh) | 2021-08-26 | 2021-08-26 | 一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法及叶片锻件 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113881909A (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115261755A (zh) * | 2022-08-04 | 2022-11-01 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种gh2150a高温合金的热处理工艺及其应用 |
CN115774036A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-03-10 | 西南科技大学 | 一种叶片表面夹砂率检测方法、系统及装置 |
CN115927987A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-04-07 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 高温合金盘轴类锻件的热处理方法及制得的盘轴类锻件 |
CN116949380A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-10-27 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 一种高热强性高温合金的热处理方法 |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4685977A (en) * | 1984-12-03 | 1987-08-11 | General Electric Company | Fatigue-resistant nickel-base superalloys and method |
US5593519A (en) * | 1994-07-07 | 1997-01-14 | General Electric Company | Supersolvus forging of ni-base superalloys |
US5693159A (en) * | 1991-04-15 | 1997-12-02 | United Technologies Corporation | Superalloy forging process |
US5759305A (en) * | 1996-02-07 | 1998-06-02 | General Electric Company | Grain size control in nickel base superalloys |
US20120282106A1 (en) * | 2011-05-05 | 2012-11-08 | General Electric Company | Method of controlling grain size in forged precipitation-strengthened alloys and components formed thereby |
CN103341586A (zh) * | 2013-06-07 | 2013-10-09 | 北京科技大学 | 一种实现gh4738镍基高温合金涡轮盘成形方法 |
US20180002793A1 (en) * | 2016-06-30 | 2018-01-04 | General Electric Company | Methods for preparing superalloy articles and related articles |
US20180023176A1 (en) * | 2015-02-12 | 2018-01-25 | Hitachi Metals, Ltd. | Method for manufacturing ni-based super-heat-resistant alloy |
US20200080183A1 (en) * | 2016-12-15 | 2020-03-12 | General Electric Company | Treatment processes for superalloy articles and related articles |
CN111235434A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-06-05 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 一种高温使用的镍基变形高温合金轮盘锻件的制备方法 |
-
2021
- 2021-08-26 CN CN202110985607.XA patent/CN113881909A/zh active Pending
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4685977A (en) * | 1984-12-03 | 1987-08-11 | General Electric Company | Fatigue-resistant nickel-base superalloys and method |
US5693159A (en) * | 1991-04-15 | 1997-12-02 | United Technologies Corporation | Superalloy forging process |
US5593519A (en) * | 1994-07-07 | 1997-01-14 | General Electric Company | Supersolvus forging of ni-base superalloys |
US5759305A (en) * | 1996-02-07 | 1998-06-02 | General Electric Company | Grain size control in nickel base superalloys |
US20120282106A1 (en) * | 2011-05-05 | 2012-11-08 | General Electric Company | Method of controlling grain size in forged precipitation-strengthened alloys and components formed thereby |
CN103341586A (zh) * | 2013-06-07 | 2013-10-09 | 北京科技大学 | 一种实现gh4738镍基高温合金涡轮盘成形方法 |
US20180023176A1 (en) * | 2015-02-12 | 2018-01-25 | Hitachi Metals, Ltd. | Method for manufacturing ni-based super-heat-resistant alloy |
US20180002793A1 (en) * | 2016-06-30 | 2018-01-04 | General Electric Company | Methods for preparing superalloy articles and related articles |
US20200080183A1 (en) * | 2016-12-15 | 2020-03-12 | General Electric Company | Treatment processes for superalloy articles and related articles |
CN111235434A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-06-05 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 一种高温使用的镍基变形高温合金轮盘锻件的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
万志鹏: "GH4720LI镍基合金高温变形行为及组织性能控制研究", 《中国博士学位论文全文数据库(电子期刊)工程科技I辑》 * |
佴启亮 等: "GH4720Li合金疲劳裂纹扩展速率的温度敏感性", 《稀有金属材料与工程》 * |
言建 等: "冷却方式对GH720Li合金固溶处理组织及力学性能的影响", 《金属热处理》 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115261755A (zh) * | 2022-08-04 | 2022-11-01 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种gh2150a高温合金的热处理工艺及其应用 |
CN115927987A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-04-07 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 高温合金盘轴类锻件的热处理方法及制得的盘轴类锻件 |
CN115774036A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-03-10 | 西南科技大学 | 一种叶片表面夹砂率检测方法、系统及装置 |
CN116949380A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-10-27 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 一种高热强性高温合金的热处理方法 |
CN116949380B (zh) * | 2023-09-20 | 2023-12-12 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 一种高热强性高温合金的热处理方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113881909A (zh) | 一种GH4720Li高温合金叶片锻件的热处理方法及叶片锻件 | |
US9322090B2 (en) | Components formed by controlling grain size in forged precipitation-strengthened alloys | |
CN113877982B (zh) | 一种难变形GH4720Li高温合金小规格棒材及制备方法、叶片锻件 | |
Loria | The status and prospects of alloy 718 | |
JP2022512537A (ja) | 付加製造のための高強度チタン合金 | |
KR20070012274A (ko) | 터빈 엔진용 분말 금속 회전 구성요소 및 이의 제조방법 | |
CN110157988A (zh) | 一种高纯、均质稀土冷轧辊用钢合金材料及制备方法 | |
CN116065057A (zh) | 一种高W-Mo固溶强化的航天用优质高温合金棒材及其制备方法 | |
CN113862520B (zh) | 一种航空发动机锻造叶片用GH4720Li高温合金及制备方法及应用、合金铸锭 | |
CN111676411A (zh) | 一种微合金化高强韧动密封材料及其制备方法 | |
CN115572871B (zh) | 商用铝合金锻造车轮及其制备方法 | |
CN108015255B (zh) | 一种高速工具钢的制备方法 | |
CN116065010B (zh) | 一种超高强度马氏体时效钢的均匀化处理方法 | |
CN115852186B (zh) | 一种控制返回料添加量细化gh4169合金中碳氮化物的方法 | |
CN112708788B (zh) | 一种提高k403合金塑性的方法,模具材料和制品 | |
CN114657415B (zh) | 一种750℃级高温钛合金棒材及其锻造方法 | |
CN110777286B (zh) | 一种中强可焊耐蚀含钪高镁铝合金锻件的制备方法 | |
CN111155021B (zh) | 高温合金锭坯及其制备方法和高温合金制件 | |
CN114934162A (zh) | 一种高合金马氏体不锈钢的热变形方法及不锈钢 | |
Chang et al. | Spray-formed high-strength superalloys | |
Lippard et al. | Process metallurgy of wrought CoCrMo alloy | |
CN114908264B (zh) | 一种能够消除2219铝合金挤压棒材粗晶环的制备方法 | |
CN116065056B (zh) | 一种难变形大规格镍基高温合金棒材及其制备方法 | |
CN115896594B (zh) | 一种铝挤压用高强韧性h13模具钢及其制备方法 | |
Xiao et al. | Comparison of Semisolid Microstructure Evolution of Wrought Nickel Based Superalloy GH4037 with Different Solid Fraction |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220104 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |