[发明专利]高温合金盘锻件组织性能和残余应力协同调控的方法

说明书

本发明涉及高温合金加工技术领域，尤其是涉及一种高温合金盘锻件组织性能和残余应力协同调控的方法。高温合金盘锻件组织性能和残余应力协同调控的方法，包括如下步骤：将高温合金盘锻件进行固溶热处理，然后进行气冷；所述气冷中，由Ts变至(Ts‑20℃)～(Ts‑100℃)的过程中，冷却速率控制在5～50℃/min；由(Ts‑20℃)～(Ts‑100℃)变至(Ts‑200℃)～(Ts‑500℃)的过程中，冷却速率控制在50～250℃/min；由(Ts‑200℃)～(Ts‑500℃)变至室温的过程中，冷却速率控制在20～100℃/min。本发明通过采用分温度区间及分区域控制的方式，在兼顾组织性能的同时，减小高温合金盘锻件内部的残余应力。

技术领域

本发明涉及高温合金加工技术领域，尤其是涉及一种高温合金盘锻件组织性能和残余应力协同调控的方法。

背景技术

涡轮盘、压气机盘等盘型锻件是燃气涡轮式航空发动机中重要的热端承力部件，通常采用时效强化型镍基高温合金制备而成，如GH4169合金、GH4738合金、GH4720Li、FGH96、FGH98合金等。

为了获得足够的强化水平，高温合金盘锻件在锻造成型后通常需要在超过或接近强化相全溶温度下进行固溶处理后以一定速率快速冷却，以确保γ′或γ″强化相在此过程中不发生粗化，当前工艺制备过程中常采用油淬、盐淬、水淬等方式，并由此导致：(1)在淬火开始阶段，表面的冷速较快，从而在表面产生较高数值的拉应力，并引发工件开裂问题，裂纹常出现在盘件内孔及上下端面的凹角处；(2)在冷却过程中，涡轮盘厚度较大的轮毂和厚底较小的轮缘区域容易生成较高的温度梯度，温差形成的热应力会造成不均匀的塑性变形，从而在冷却后的盘件内形成较高数值且分布形式不合理的残余应力。经实测验证，GH4169合金盘件淬火后残余应力可达400MPa左右，而GH4738合金、GH4720Li、FGH4096、FGH4095等高合金化高温合金盘件内残余应力可达800MPa甚至更高；(3)由于采用了均一的淬火介质(淬火油、水等)，导致工件在高温段的冷却速度快，但是中温段的冷却速率不够，组织性能无法满足使用要求。

对于高温合金涡轮盘锻件而言，由于其自身的特点，层错能低，这使得残余应力易累计、难释放，且数值较大。在其他材料或部件制备中成功应用的自然时效、预拉伸、深冷、以及振动等方法对于厚重且应力释放门槛极高的高温合金盘锻件来说效果十分有限。常规时效热处理也只能消除约1/3的淬火残余应力。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供高温合金盘锻件组织性能和残余应力协同调控的方法，以解决现有技术中存在的高温合金盘锻件的残余应力较大的技术问题。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

高温合金盘锻件组织性能和残余应力协同调控的方法，包括如下步骤：

将高温合金盘锻件进行固溶热处理，然后进行气冷；

所述气冷中，由Ts变至(Ts-20℃)～(Ts-100℃)的过程中，冷却速率控制在5～50℃/min；

由(Ts-20℃)～(Ts-100℃)变至(Ts-200℃)～(Ts-500℃)的过程中，冷却速率控制在50～250℃/min；

由(Ts-200℃)～(Ts-500℃)变至室温的过程中，冷却速率控制在20～100℃/min。

在本发明的具体实施方式中，通过调节气冷中气体流速达到相应冷却速率。进一步的，所述气体的温度为10～30℃。

在本发明的具体实施方式中，所述气冷中，采用分区控制冷却的方式。进一步的，所述分区控制冷却中，由所述盘锻件的轮毂中心处开始向所述盘锻件的轮缘方向，所述气冷的气体流速逐渐减小。