專利名稱：超細晶耐高溫合金盤坯料的制造方法
技術領域：
本發明涉及耐高溫合金盤坯的制造技術，尤其涉及超細晶高溫合金坯料的制造方 法。
背景技術：
高溫合金是現代航空發動機、火箭發動機、燃汽輪機所必需的重要金屬材料。它能 在高溫(一般指600-90(TC)、氧化氣氛和燃汽腐蝕條件下，承受較大應力并長期使用。高 溫合金渦輪盤是高溫合金制品，目前用量較多的是燃汽輪機渦輪盤和飛機用渦輪盤。
飛機用渦輪盤，盤心部位承受低溫高應力，需要細晶組織以保證足夠的拉伸強度 和疲勞抗力，而邊緣部位則承受高溫低應力，需要粗晶以保證足夠的蠕變、持久性能，對于 在有非連續孔洞部分還需要最佳的低周疲勞性能。鎳基高溫合金渦輪盤設計中必須控制 合金中Y相的含量、尺寸配比及析出相形態以保證高溫強度和塑性。由于強化元素不斷增 多，熱工藝性能惡化，甚至已不能熱加工變形，只能以鑄態使用，而鑄態合金偏析嚴重，無法 滿足新型發動機的需要。
中國專利CN101307402介紹了熱變形加工工藝，工藝窗口較小。目前飛機用高溫 合金渦輪盤多采用粉末冶金制造(文獻《大型鑄鍛件》2007. 2)。粉末冶金渦輪盤的制造過 程分成幾個步驟，主要有高溫合金粉末的制備；粉末熱等靜壓成型、熱擠壓和熱鍛加工或 包套熱軋鍛等。目前只有美國、俄羅斯、英國、法國和德國等少數幾個國家掌握了合金部件 的生產技術。我國于上世紀年代末開展粉末高溫合金研究，目前研制粉末高溫合金的單位 主要有鋼鐵研究總院、北京科技大學、所幾家單位。國外粉末高溫合金盤件一般是通過大型 擠壓設備，采用大擠壓比獲得超細晶坯，對于FGH合金主要工藝是熱等靜壓+擠壓+超塑性 鍛造。由于我國沒有大噸位擠壓設備，擠壓+超塑性鍛造工藝無法實施；對于等溫鍛造和超 塑性鍛造需要真空或惰性氣體保護下的全封閉鍛造設備和裝置以及大噸位的等溫鍛造專 用壓機，投資巨大。因此，國外的方法目前在我國很難實現，無大噸位擠壓機和等溫鍛造壓 機、無全封閉鍛造設備成為制約我國大型粉末高溫合金盤件制造技術發展的主要障礙。
綜上所述，制約高溫合金渦輪盤制造的主要環節是大噸位的鍛機和大噸位的擠壓 設備，已構成了高溫合金渦輪盤大型化的技術瓶徑。發明內容
鑒于現有狀況，本發明的目的在于提供一種超細晶耐高溫合金盤坯料的制造方 法，可以獲得超細晶組織；盤坯料組織致密、尺寸大；最重要的是不需要大噸位的鍛機或擠 壓設備。
為達到上述的目的，本發明的技術方案是
超細晶耐高溫合金盤坯料的制造方法，其包括如下步驟
I)高溫合金粉末的制備，
高溫合金粉末采用真空熔煉，氬氣或氦氣霧化法制備，使用氬氣或氦氣做為霧化氣體，氬氣或氦氣的純度要求為大于99. 999% ;制粉工藝中要求高溫合金熔液的過熱度范圍為150°C _250°C，粉末為球形，粒徑范圍為1-35μπι;
2)高溫合金粉末熱處理，
高溫合金粉末制備后，將粉末放入真空氣氛爐中進行熱處理，先在4000-5000Pa 氫氣保護下，在300°C _600°C進行還原退火處理，優選范圍為400°C -500°C ;控制最終粉末的氧含量小于20ppm ;然后將爐內的氫氣抽出，真空度要求達到10_3Pa以下；真空度達到后爐溫升至800°C _950°C，保溫2. 5-3. O小時，再以25_30°C /min的速度降低到室溫，取出后再真空貯藏備用；
3)高溫合金芯管選擇，
芯管米用高溫合金材料,芯管外徑彡50mm,壁厚彡12. 5mm ；
4)盤坯料的高溫噴射沉積及復合再結晶，
芯管繞其軸心轉動，采用高壓氣體攜帶高溫合金粉末對轉動的芯管表面進行噴射沉積，在芯管上形成盤坯，芯管轉動速度與盤坯的實時外徑關系為r = 28. 7/dt
式中，r為轉速，單位為轉/分；dt為盤坯的實時外直徑，單位為米；
在成形的同時，芯管內通入高壓冷卻水對形成的盤坯進行實時溫度控制，水壓為 20 25MPa，高壓冷卻水的溫度為25 60°C ;
高溫噴射沉積成形在氣密室中進行，氣密室保持O. OlMPa以上的正壓，氧氣分壓低于1. OXKT1Pa ;高壓氣體為惰性氣體，氣體中的氧氣分壓低于1. 0X10_2Pa，氣體的溫度為O. 5-0. 6Tm，Tm為高溫合金的熔點；
高溫合金粉末的速度為最低速度為
權利要求
1.超細晶耐高溫合金盤坯料的制造方法，其包括如下步驟 1)高溫合金粉末的制備， 高溫合金粉末采用真空熔煉，氬氣或氦氣霧化法制備，使用氬氣或氦氣做為霧化氣體，氬氣或氦氣的純度要求為大于99. 999% ;制粉工藝中要求高溫合金熔液的過熱度范圍為1500C _250°C，粉末為球形，粒徑范圍為1-35μπι; 2)高溫合金粉末熱處理， 高溫合金粉末制備后，將粉末放入真空氣氛爐中進行熱處理，先在4000-500()Pa氫氣保護下，在300°C -600°C進行還原退火處理；控制最終粉末的氧含量小于20ppm ;然后將爐內的氫氣抽出，真空度要求達到10_3Pa以下；真空度達到后爐溫升至800°C _950°C，保溫.2.5-3. O小時，再以25-30°C /min的速度降低到室溫，取出后再真空貯藏備用； 3)高溫合金芯管選擇， 芯管米用高溫合金材料，芯管外徑彡50mm,壁厚彡12. 5mm ； 4)盤坯料的高溫噴射沉積及復合再結晶， 芯管繞其軸心轉動，采用高壓氣體攜帶高溫合金粉末對轉動的芯管表面進行噴射沉積，在芯管上形成盤坯，芯管轉動速度與盤坯的實時外徑關系為r = 28. 7/dt式中，r為轉速，單位為轉/分；dt為盤坯的實時外直徑，單位為米； 在成形的同時，芯管內通入高壓冷卻水對形成的盤坯進行實時溫度控制，水壓為20 .25MPa，高壓冷卻水的溫度為25 60°C ; 高溫噴射沉積成形在氣密室中進行，氣密室保持O. OlMPa以上的正壓，氧氣分壓低于1. OX KT1Pa;高壓氣體為惰性氣體，氣體中的氧氣分壓低于1.0X10_2Pa，氣體的溫度為O.5-0. 6Tm，Tm為高溫合金的熔點； 高溫合金粉末的速度為最低速度為
2.如權利要求1超細晶耐高溫合金盤坯料的制造方法，其特征是，所述的高溫合金粉末粒徑范圍為15 μ m-30 μ m。
3.如權利要求1超細晶耐高溫合金盤坯料的制造方法，其特征是，所述的高溫合金粉末制備后，將粉末放入真空氣氛爐中進行熱處理，還原退火處理溫度為400°C -500°C。
4.如權利要求1超細晶耐高溫合金盤坯料的制造方法，其特征是，步驟5)盤坯料成形后，立刻送入到退火爐中，退火溫度為O. 62-0. 66Tm，Tffl為高溫合金的熔點，V ;保溫時間t=2 (ds-d0),式中t為保溫時間,單位為min, ds為盤還料最后外徑,單位為mm, d0為芯管外徑，單位為mm ； 保溫后，從退火爐中取出、油淬冷卻到室溫，降溫速率大于500°C /min，油溫彡85°C ;然后于O. 45Tm進行時效處理，盤坯在時效爐中的保溫時間為 t = Mds-(Ici),式中t為保溫時間,單位為min, ds為盤還料最后外徑,單位為mm, d0為芯管外徑，單位為_ ;時效后空冷致室溫。
全文摘要
超細晶耐高溫合金盤坯料的制造方法，其包括如下步驟1)高溫合金粉末的制備；2)高溫合金粉末熱處理；3)高溫合金芯管選擇，4)盤坯料的高溫噴射沉積及復合再結晶；5)盤坯料的熱處理，最終形成超細晶組織的耐高溫合金盤坯料。本發明采用氣霧化技術制備高溫合金粉末，通過熱處理制度控制獲得無氧、無偏析組織均勻；選擇高溫合金芯管控制元素組成并對成形過程中的溫度進行控制實時控制，采用溫噴射沉積技術在芯管的外表面上進行高溫合金的成形，同步進行復合再結晶，同時形成大溫度梯度控制組織中晶粒的生長，最后通過熱處理形成超細晶組織的耐高溫合金盤坯料。盤坯料組織致密、尺寸大；最重要的是不需要大噸位的鍛機或擠壓設備。
文檔編號B22F3/115GK103008659SQ20111030065
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者張俊寶, 張宇軍, 梁永立 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司