CN116103488B - 一种确定gh2909合金均匀化热处理工艺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法，包含步骤：表征合金中Laves相变点温度，并将温度定为Tc。计算合金在温度T0下使Laves相全部回溶的临界时间t0；选取小范围枝晶组织，测试并统计Nb元素含量、计算Nb元素偏析系数并统计Laves相含量；将铸态合金置于热处理炉中，加热至温度T0，保温时间t1，冷却至室温并统计无过烧试样中的Laves相含量；将不同工艺下Laves相含量变化拟合，确定Laves相全部回熔的均匀化时间；将Laves相全部回熔的合金置于热处理炉中，升温并保温时间t2，冷却至室温并测量Nb元素含量，计算残余偏析系数δ，若δ>0.2，将时间t2延长直至δ<0.2。本发明可以有效地促进析出相回熔、消除成分偏析，获得较均匀的组织。
Description
技术领域
本发明涉及高温合金技术领域，并且更具体地，涉及一种确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法。
背景技术
GH2909是Fe-Ni-Co基低膨胀变形高温合金，具备良好的强度、塑性，低膨胀系数、稳定的弹性模量，稳定性高，应用广泛。由于在GH2909凝固过程中Nb元素产生了严重的成分偏析，进而导致产生富Nb的块状Laves相。Laves相是一种低熔点相，在较高温度下易熔化，不利于合金进一步处理，因此需要通过均匀化退火，使Laves相回熔、偏析元素扩散达到均匀状态，最终提高合金性能。
因此找到一种确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法是令人期望的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
根据本发明的方面，提供一种确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法，包含以下步骤：
1)通过DSC表征GH2909合金中Laves相变点温度，并将Laves相的最低析出温度定为Tc；
2)使用JMatPro软件计算GH2909合金在温度T0下使Laves相全部回溶的临界时间t0，其中温度T0＝Tc-ΔT；
3)使用SEM和EDS表征GH2909中心位置的微观组织，选取铸锭中心某处小范围枝晶组织，随机选取多个测试点，统计Nb元素含量，计算GH2909合金铸态组织的Nb元素偏析系数，并且通过Image-Pro Plus软件统计铸态组织的Laves相含量；
4)将铸态GH2909合金置于热处理炉中，随炉加热至温度T0，并保温持续时间t1，然后快速冷却至室温，观察所得试样的微观组织，统计无过烧试样中的Laves相含量；
5)将不同均匀化工艺下Laves相含量变化通过数学计算进行拟合，确定使Laves相全部回熔所需的均匀化时间，其中将残余的Laves相含量小于20％定义为Laves相全部回溶；
6)将Laves相全部回熔的GH2909合金置于热处理炉中，升温并保温持续时间t2，然后快速冷却至室温，观察试样微观组织，通过EDS测量GH2909合金中Nb元素含量，计算GH2909的残余偏析系数，若残余偏析系数>0.2，则将持续时间t2延长直至残余偏析系数<0.2。
在本发明的一个实施例中，在步骤2)中，ΔT的取值范围为20-100℃。
在本发明的一个实施例中，在步骤3)中，多个测试点为至少十个测试点。
在本发明的一个实施例中，在步骤3)中，根据公式：元素偏析系数K＝枝晶间溶质元素平均浓度/枝晶干溶质元素平均浓度，计算GH2909合金铸态组织的Nb元素偏析系数。
在本发明的一个实施例中，在步骤3)中，通过Image-Pro Plus统计十张GH2909中心部位微观组织的Laves相含量，取平均值获得GH2909的Laves相含量值。
在本发明的一个实施例中，在步骤4)中，t1比t0高10h。
在本发明的一个实施例中，在步骤5)中，将不同均匀化工艺下Laves相含量变化通过数学计算拟合为t＝Aexp(-B*T)，A、B为常数，T为均匀化温度，t是使Laves相全部回熔所需的均匀化时间。
在本发明的一个实施例中，在步骤6)中，升温30-60℃，并且0h≤t2≤6h。
在本发明的一个实施例中，在步骤6)中，残余偏析系数δ＝均匀化后溶质元素浓度差Cmax-Cmin/铸态组织中溶质元素浓度差Comax-Comin。
在本发明的一个实施例中，在步骤4)和步骤6)中，通过水冷法快速冷却至室温。
通过采用上述技术方案，本发明相比于现有技术具有如下优点：
本发明可以有效地促进析出相回熔、消除成分偏析，获得较均匀的组织。而且，本发明可以缩短研发周期，降低研发成本。
附图说明
图1示出了本发明提供的确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法的流程示意图。
具体实施方式
应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。
如图1所示，本发明提供一种确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法，包含以下步骤：
S101：通过DSC表征GH2909合金中Laves相变点温度，并将Laves相的最低析出温度定为Tc；
S102：使用JMatPro软件计算GH2909合金在温度T0下使Laves相全部回溶的临界时间t0，其中温度T0＝Tc-ΔT；
S103：使用SEM和EDS表征GH2909中心位置的微观组织，选取铸锭中心某处小范围枝晶组织，随机选取多个测试点，统计Nb元素含量，计算GH2909合金铸态组织的Nb元素偏析系数，并且通过Image-Pro Plus软件统计铸态组织的Laves相含量；
S104：将铸态GH2909合金置于热处理炉中，随炉加热至温度T0，并保温持续时间t1，然后快速冷却至室温，观察所得试样的微观组织，统计无过烧试样中的Laves相含量；
S105：将不同均匀化工艺下Laves相含量变化通过数学计算进行拟合，确定使Laves相全部回熔所需的均匀化时间，其中将残余的Laves相含量小于20％定义为Laves相全部回溶；
S106：将Laves相全部回熔的GH2909合金置于热处理炉中，升温并保温持续时间t2，然后快速冷却至室温，观察试样微观组织，通过EDS测量GH2909合金中Nb元素含量，计算GH2909的残余偏析系数，若残余偏析系数>0.2，则将持续时间t2延长直至残余偏析系数<0.2。
通过本发明，本发明可以有效地促进析出相回熔、消除成分偏析，获得较均匀的组织。
在上述方法中，在步骤S102中，ΔT的取值范围为20-100℃。
在上述方法中，在步骤S103中，多个测试点为至少十个测试点。
在上述方法中，在步骤S103中，根据公式：元素偏析系数K＝枝晶间溶质元素平均浓度/枝晶干溶质元素平均浓度，计算GH2909合金铸态组织的Nb元素偏析系数。
在上述方法中，在步骤S103中，通过Image-Pro Plus统计十张GH2909中心部位微观组织的Laves相含量，取平均值获得GH2909的Laves相含量值。
在上述方法中，在步骤S104中，t1比t0高10h。
在上述方法中，在步骤S105中，将不同均匀化工艺下Laves相含量变化通过数学计算拟合为t＝Aexp(-B*T)，A、B为常数，T为均匀化温度，t是使Laves相全部回熔所需的均匀化时间。
在上述方法中，在步骤S106中，升温30-60℃，并且0h≤t2≤6h。
在上述方法中，在步骤S106中，残余偏析系数δ＝均匀化后溶质元素浓度差Cmax-Cmin/铸态组织中溶质元素浓度差Comax-Comin。
在上述方法中，在步骤S104和步骤S106中，通过水冷法快速冷却至室温。
下面通过具体实施例来详细地描述本发明的上述技术方案。
本发明提供了一种确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法，可以更有效地促进析出相回熔、消除成分偏析，获得较均匀的组织。
本发明提供了一种确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法，包括以下步骤：
(1)通过DSC表征GH2909合金中Laves相变点温度，将Laves相的最低析出温度定为Tc。
(2)使用JMatPro软件计算GH2909合金在温度T0下使Laves相全部回溶的临界时间t0，温度T0较Tc低ΔT，ΔT取值范围为20-100℃。
(3)使用SEM拍摄铸态GH2909中心位置的微观组织，通过Image-Pro Plus软件统计铸态组织的Laves相含量。通过EDS，选取铸锭心部某处小范围枝晶组织，随机选取十个测试点，统计Nb元素含量。根据公式，元素偏析系数K＝枝晶间溶质元素平均浓度/枝晶干溶质元素平均浓度，计算GH2909合金铸态组织的Nb元素偏析情况。
(4)将铸态GH2909合金置于热处理炉中，随炉加热至温度T0，并保温0-t1，t1较t0高10h，然后快速冷却至室温。观察所得试样的微观组织，统计无过烧试样中的Laves相含量。
(5)拟合不同均匀化工艺下，Laves相含量变化的数学公式。将残余的Laves相含量小于20％，定义为Laves相全部回溶。
(6)在Laves相全部回熔的工艺基础上，提高30-60℃，并保温t2 h(0h≤t2≤6h)，然后快速冷却至室温，观察试样微观组织是否存在过烧现象，并通过EDS测量GH2909合金中Nb元素含量，根据公式，残余偏析系数δ＝均匀化后溶质元素浓度差Cmax-Cmin/铸态组织中溶质元素浓度差Comax-Comin，计算GH2909的残余偏析系数。若δ>0.2,则将上一步骤t2延长6h，定义为新的t2，直到δ<0.2。
实施例
一种确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法，具体步骤如下：
(1)通过DSC测得GH2909中Laves相变点温度为1180℃，将1180℃定为Tc。
(2)取ΔT＝60、80℃，T0＝Tc-ΔT＝1120、1100℃，使用JmatPro软件计算GH2909合金在1120、1100℃下使Laves相全部回熔的临界时间t0分别为10h、20h。
(3)使用SEM、EDS表征GH2909中心位置的微观组织，选取铸锭中心某处小范围枝晶组织，随机选取十个测试点，统计各测试点的Nb元素含量。根据公式，元素偏析系数K＝枝晶间溶质元素平均浓度/枝晶干溶质元素平均浓度，计算GH2909合金铸态组织的Nb元素偏析系数为2.18。通过Image-Pro Plus统计十张GH2909中心部位微观组织的Laves相含量，取平均值2.196％为GH2909的Laves相含量值。
(4)将一批铸态GH2909合金置于热处理炉中，随炉加热至1100℃，保温30h，每隔2h取一个样。将一批铸态GH2909合金置于热处理炉中，随炉加热至1120℃，保温20h，每隔2h取一个样。观察所得试样的微观组织，未发现过烧现象，统计不同温度、时间均匀化后的Laves相含量。
(5)通过数学计算拟合为t＝Aexp(-B*T)，A、B为常数，T为均匀化温度，t为使Laves相全部回熔所需的均匀化时间。计算得到，GH2909合金需要在1120℃下均匀化20.56h，可以使Laves相全部回熔；在1130℃进行均匀化仅需14.61h。由此，可以为GH2909合金预测不同均匀化温度下的第一阶段均匀化时间。
(6)在以1120℃进行第一阶段均匀化后，将Laves相全部回熔的GH2909合金置于热处理炉中，温度提高40℃至1160℃，并保温6h，然后以水冷法快速冷却至室温。观察所得试样的微观组织，测试并计算残余偏析系数δ。如果残余偏析系数δ>0.2，则将上一步骤中的t2延长6h。直至将t2延长至36h，观察所得试样微观组织，残余偏析系数δ<0.2，且无过烧留下的孔洞，将t2＝36h确定为GH2909合金第二阶段的均匀化时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。
Claims (8)
1.一种确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法，其特征在于，包含以下步骤：
1）通过DSC表征GH2909合金中Laves相变点温度，并将Laves相的最低析出温度定为Tc；
2）使用JMatPro软件计算GH2909合金在温度T0下使Laves相全部回溶的临界时间t0，其中温度T0=Tc-ΔT；
3）使用SEM和EDS表征GH2909中心位置的微观组织，选取铸锭中心某处小范围枝晶组织，随机选取多个测试点，统计Nb元素含量，计算GH2909合金铸态组织的Nb元素偏析系数，并且通过Image-Pro Plus软件统计铸态组织的Laves相含量；
4）将铸态GH2909合金置于热处理炉中，随炉加热至温度T0，并保温持续时间t1，t1比t0高10h，然后快速冷却至室温，观察所得试样的微观组织，统计无过烧试样中的Laves相含量；
5）将步骤4）不同均匀化工艺下Laves相含量变化通过数学计算拟合为t=Aexp(-B*T)，A、B为常数，T为均匀化温度，t是使Laves相全部回熔所需的均匀化时间，其中将残余的Laves相含量小于20%定义为Laves相全部回溶，根据上述拟合出的公式为GH2909合金预测不同均匀化温度下的第一阶段均匀化时间；
6）将Laves相全部回熔的GH2909合金置于热处理炉中，在步骤5)的均匀化温度基础上升温30-60℃并保温持续时间t2，然后快速冷却至室温，观察试样微观组织，通过EDS测量GH2909合金中Nb元素含量，计算GH2909的残余偏析系数，若残余偏析系数>0.2，则将持续时间t2延长直至残余偏析系数<0.2，确定 GH2909合金第二阶段的均匀化时间。
2.根据权利要求1所述的确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法，其特征在于，在所述步骤2）中，ΔT的取值范围为20-100℃。
3.根据权利要求1所述的确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法，其特征在于，在所述步骤3）中，多个测试点为至少十个测试点。
4.根据权利要求3所述的确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法，其特征在于，在所述步骤3）中，根据公式：元素偏析系数K=枝晶间溶质元素平均浓度/枝晶干溶质元素平均浓度，计算GH2909合金铸态组织的Nb元素偏析系数。
5. 根据权利要求4所述的确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法，其特征在于，在所述步骤3）中，通过Image-Pro Plus统计十张GH2909中心部位微观组织的Laves相含量，取平均值获得GH2909的Laves相含量值。
6.根据权利要求1所述的确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法，其特征在于，在所述步骤6）中，0h≤t2≤6h。
7.根据权利要求1所述的确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法，其特征在于，在所述步骤6）中，残余偏析系数δ=均匀化后溶质元素浓度差Cmax-Cmin/铸态组织中溶质元素浓度差Comax-Comin。
8.根据权利要求1所述的确定GH2909合金均匀化热处理工艺的方法，其特征在于，在所述步骤4）和所述步骤6）中，通过水冷法快速冷却至室温。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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