[发明专利]一种高温使用的镍基变形高温合金轮盘锻件的制备方法

说明书

本发明提供一种高温使用的镍基变形高温合金轮盘锻件的制备方法，合金具有高含量的溶强化元素W、Mo和强化相γ′相形成元素Al、Ti、Nb，γ′相含量达到55%~65%，针对高γ′相给合金的冶炼和锻造带来的一系列技术难题，通过优化轮盘锻件制备过程的热历程，通过控制γ′相的析出与溶解，提出了钢锭的高温去应力退火、低温去应力退火工艺和棒材的高温均质化退火，解决了850℃高温使用的直径100~1200mm镍基变形高温合金轮盘锻件的冶炼易形成冶金缺陷、锻造易开裂和组织不均匀问题。

本发明属于合金制备领域，具体涉及一种高温使用的镍基变形高温合金轮盘锻件的制备方法。

背景技术

航空发动机和燃气轮机等高压压气机盘和涡轮盘等热端转动轮盘类锻件的服役温度逐渐提高，最高超过850℃。因此，对制备轮盘锻件所需合金材料要求，需具备在室温～850℃具有优异的强度和塑性、高温持久蠕变性能以及长时组织性能稳定性，同时还具备良好的铸锻工艺性能。目前，国内航空发动机用镍基变形高温合金轮盘材料都无法满足850℃以上长时使用需求。

提高镍基高温合金使用温度最有效的途径是提高合金化程度，增加强化相γ′相的含量，但是合金化程度过高会造成合金的冶金偏析倾向大、热塑性变差，因而开发新型镍基变形高温合金轮盘材料存在较大的难度。传统的γ′相含量达55～65％的镍基高温合金，只能采用粉末冶金或铸造(包括等轴铸造、定向凝固和单晶凝固)工艺生产，这些合金采用铸-锻工艺生产都面临着元素偏析倾向大、易形成冶金缺陷、热加工(锻造)塑性差等问题，因而该类合金成分不适合于镍基变形高温合金轮盘材料的制备。

因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的技术问题。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种高温使用的镍基变形高温合金轮盘锻件的制备方法，解决了目前尚无可在850℃长时可用的高性能轮盘锻件材料，通过优化改进冶炼和锻造工艺中的关键工艺环节解决含有55～65％γ′相高合金化镍基高温合金冶炼易形成冶金缺陷、锻造易开裂和组织不均匀问题，可以制备出直径100～1200mm的镍基变形高温合金轮盘锻件，具有优异的850℃抗拉强度、屈服强度和持久寿命。

本发明提供一种高温使用的镍基变形高温合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：按照成分配比称取原材料，成分配比以质量百分比计，所述的原材料包括：C：0.01～0.08％，W：6.5～8.0％，Cr：7.5～11.0％，Mo：1.5～3.5％，Co：14.5～17.5％，Ti：1.0～2.0％，Al：4.0～5.5％，Nb：1.0～2.0％，Zr：0.005～0.05％，Mg：0.005～0.05％；Ce：0.001～0.05％，B：0.005～0.05％，Fe：0.01～1.5％，余量为Ni；所述的原材料还包括杂质元素，在所述的杂质元素中，P≤0.015％、Mn≤0.5％、Si≤0.5％、S≤0.015％、O≤0.005％、N≤0.01％、Ag≤0.005％、Ca≤0.01％、Sn≤0.01％、Pb≤0.001％，Cu≤0.5％、Ta≤0.5％、V≤0.5％；

步骤2：采用真空感应熔炼将所述的原材料熔炼为一次合金锭，所述的真空感应熔炼的处理工艺包括：抽空、熔炼期、精炼和出钢，所述的一次合金锭脱模后需进行高温去应力退火，再经电渣重熔精炼为二次合金锭，二次合金锭脱模后需进行低温去应力退火，再经真空自耗重熔精炼为三次合金锭，得到合金锭；

步骤3：将步骤2所得的合金锭经高温均匀化退火后，所述的高温均匀化退火包括升温、保温和冷却过程，所述的升温的速度控制为15～60℃/h，所述的保温的温度为1150～1250℃，所述的保温的时间为24～72h，所述的冷却的速度控制为5～55℃/h，得到高温均匀化退火后的合金，再加热锻造开坯成棒材，所述的棒材锻造完成后需进行高温均质化退火，以10～50℃/h速度升温至高温均质化退火温度T，T的温度为Tγ′±30℃，Tγ′根据合金的实测成分利用热力学软件Jmatpro计算得到；