CN116804261B - 一种gh738合金棒材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于合金加工技术领域，公开了一种GH738合金棒材及其制备方法，制备方法包括通过真空感应熔炼、真空自耗重熔、均质化处理和锻造制备GH738合金锻件；对锻件进行热轧，得到棒坯；对棒坯进行固溶软化；对固溶软化后的棒坯进行冷拉；对冷拉后的棒坯进行热处理，得到成品棒材。本发明制备的直径不大于25mm的GH738合金棒材，抗拉强度大于1300MPa，屈服强度大于850MPa，在730℃/520MPa下的高温持久时间达到200‑250h，成功解决了当前技术在生产直径不大于25mm规格的GH738合金棒材时不能满足高强度和长高温持久性能要求的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于合金加工技术领域，尤其涉及一种GH738合金棒材及其制备方法。
背景技术
GH738（美国牌号Waspaloy）是Ni-Cr-Co基沉淀硬化型难变形高温合金，主要强化相为γ相、MC和M23C6型碳化物，可制造815℃以下具有高强度和高抗氧化性的航空紧固件。
对于直径规格不大于25mm的GH738合金棒材，要求抗拉强度大于1210MPa,屈服强度大于795MPa，在730℃、520MPa下的高温持久时间大于23ｈ，但是对于某些在特殊条件用的高温紧固件，如新一代航空航天器和发动机，在保证GH738合金棒材强度的前提下要求持久寿命达到100h以上。
目前，在制备直径不大于25mm的GH738合金棒材时存在强度和持久性能不匹配的问题，一方面为了提升合金强度，需要在轧制过程将晶粒细化，另一方面GH738合金棒材的持久寿命随晶粒尺寸变大而提高，因为在高温状态下,晶界是薄弱环节,晶粒尺寸增大,晶界面积减少,因而持久寿命提高，但随之带来的影响是合金强度降低。现有技术方案已不能满足直径规格不大于25mm的GH738合金棒材对高强度和长高温持久性能的要求。
专利号CN113333491A，提供了一种GH738合金冷拉棒材生产方法，通过将原料进行真空冶炼，对冶炼得到的钢棒进行均匀化扩散退火，均匀化扩散工艺控制在1190℃≥30h；使用冷拔机对经过处理的钢棒进行冷拉处理，冷拔变形量控制在11-12％，在冷拉过程中进行热处理，处理温度为1020-1040℃；对成品棒材再次进行热处理，成品热处理温度控制在1040-1060℃，提高了GH738合金的可塑性、保证了组织均匀性，但该专利主要解决的是GH738合金冷拉棒的加工方法。
专利号CN116000134A，主要解决的是提供一种细晶组织、室温强度高、表面质量高的GH4738合金冷拉棒，该专利通过调整合金中C、Al、P的含量，优化GH4738合金成分，配合工艺的改进，协同调控热变形和冷变形，控制热轧温度为1080-1140℃，热轧的总变形量为30-60％，冷拔的总变形量为8-30％，提供了一种室温抗拉强度≥1400MPa，720℃/600MPa持久寿命≥45h的GH4738合金冷拔棒材及其制备方法和应用，但其制备的合金棒材高温持久性能较低，不超过60h。
因此，有必要提供一种高强度长高温持久时间的GH738合金棒材及其制备方法。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高强度长高温持久时间的GH738合金棒材及其制备方法，在制备直径不大于25mm的GH738合金棒材时保证棒材强度的前提下大幅度提高GH738合金棒材的高温持久性，以解决现有技术问题中在制备直径不大于25mm的GH738合金棒材中存在的GH738合金棒材强度和持久性能不匹配，不能满足棒材对高强度和长高温持久性能要求的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种GH738合金棒材的制备方法，包括：
通过真空感应熔炼、真空自耗重熔、均质化处理和锻造制备GH738合金锻件；
对锻件进行热轧，得到棒坯；
对棒坯进行固溶软化；
对固溶软化后的棒坯进行冷拉，冷拉减面变形量控制在8%-10%；
对冷拉后的棒坯进行热处理，得到成品棒材；
棒材的直径不大于25mm，抗拉强度大于1300MPa，屈服强度大于850MPa，在730℃/520MPa下的高温持久时间为200-250h；
其中，对锻件进行热轧，包括：
采用热轧工艺的末火次工艺对锻件进行处理，末火次轧制温度1130℃-1150℃，末火次轧制总变形量控制在70%-80%，末火次终轧温度≥1000℃。
在本发明的一些实施例中，控制棒坯的晶粒度在7-8级。
在本发明的一些实施例中，对锻件进行热轧之前，包括：
通过轧制试轧铁，使得轧辊表面温度提升至200℃以上。
在本发明的一些实施例中，对棒坯进行固溶软化，包括：
将固溶软化温度控制在1030℃±10℃，固溶软化后空冷。
在本发明的一些实施例中，对固溶软化后的棒坯进行冷拉之前，包括：
对固溶软化后的棒坯进行表面磨光处理，然后在棒坯的表面涂抹水性复合润滑剂进行润滑后冷拉。
在本发明的一些实施例中，对冷拉后的棒坯进行热处理，包括：
对冷拉后的棒坯进行固溶处理，在1020℃保温1h后空冷；
对固溶处理后的棒坯进行稳定化处理，在843℃保温4h后空冷；
对稳定化处理后的棒坯进行时效处理，在760℃保温16h后空冷。
在本发明的一些实施例中，对冷拉后的棒坯进行热处理之前，包括：
对冷拉后的棒坯进行表面磨光矫直机械处理。
另一方面，本发明公开了一种GH738合金棒材，采用上述方法制备而成。
在本发明的一些实施例中，棒材的直径不大于25mm，抗拉强度大于1300MPa，屈服强度大于850MPa，在730℃/520MPa下的高温持久时间为200-250h。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明制备的直径不大于25mm的GH738合金棒材，抗拉强度大于1300MPa，屈服强度大于850MPa，在730℃/520MPa下的高温持久时间达到200-250h，成功解决了当前技术在生产直径不大于25mm规格的GH738合金棒材时不能满足高强度和长高温持久性能要求的缺陷。
2、本发明通过精准控制热轧的轧制温度、终轧温度和变形量，得到晶粒度7-8级的棒材，同时在轧制前采取措施提升轧辊表面温度，避免轧制过程中棒坯表层温降大造成表层混晶。
3、本发明在冷拉过程中控制冷拉变形量，在不改变棒坯晶粒组织的前提下通过加工硬化，提升合金棒坯强度。
4、本发明在冷拉后通过磨光矫直处理，避免棒材产生裂纹。
5、本发明通过对冷拉后的棒坯进行热处理，使均匀细小的碳化物在晶界处呈断续分布，使得棒材强度和高温持久性得到大幅度提高。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明一种高强度长高温持久时间的GH738合金棒材的制备方法的流程图；
图2为实施例1的成品晶粒组织图；
图3为实施例1的成品碳化物分布图；
图4为实施例2的成品晶粒组织图；
图5为实施例2的成品碳化物分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种高强度长高温持久时间的GH738合金棒材的制备方法，包括：
通过真空感应熔炼、真空自耗重熔、均质化处理和锻造制备GH738合金锻件；
对锻件进行热轧，得到棒坯；
对棒坯进行固溶软化；
对固溶软化后的棒坯进行冷拉，冷拉减面变形量控制在8%-10%；
对冷拉后的棒坯进行热处理，得到成品棒材；
棒材的直径不大于25mm，抗拉强度大于1300MPa，屈服强度大于850MPa，在730℃/520MPa下的高温持久时间为200-250h；
其中，对锻件进行热轧，包括：
采用热轧工艺的末火次工艺对锻件进行处理，末火次轧制温度1130℃-1150℃，末火次轧制总变形量控制在70%-80%，末火次终轧温度≥1000℃。
本发明所述合金的变形量＝(S0-S)/S0，其中，为S0为变形前棒材的横截面积，S为变形后棒材的横截面积。
需要说明的是，不同高温合金的变形抗力是不一样的，且高温合金对热加工温度极其敏感，因此不同的的热加工温度无法适用不同的高温合金，本发明经过多次试验，优选末火次轧制温度1130℃-1150℃，末火次终轧温度≥1000℃，对GH738合金锻件进行轧制，另一方面，合金的晶粒尺寸、晶界碳化物类型、形貌等对高温合金的持久性影响显著，GH738合金的高温持久性随晶粒尺寸的变大而持久寿命会有一定的提高，本申请通过对热轧温度、终轧温度和热轧变形量的控制，得到7-8级的合金晶粒度，不仅保证了合金的强度，而且提高了合金的持久性，通过将冷拉减面变形量控制在8%-10%，在不改变棒坯晶粒组织的前提下通过加工硬化，提升合金棒坯强度，得到的棒材组织均匀，碳化物呈细小颗粒状断续分布于晶界，少量在晶内弥散分布，这种形态的碳化物对GH738合金的晶界起到强化的作用，从而提高合金的强度和持久性能。
在本发明的一些实施例中，控制棒坯的晶粒度在7-8级。
在本发明的一些实施例中，对锻件进行热轧之前，包括：
通过轧制试轧铁，使得轧辊表面温度提升至200℃以上，避免轧制过程中锻件表层温降大造成表层混晶。
在本发明的一些实施例中，对棒坯进行固溶软化，包括：
将固溶软化温度控制在1030℃±10℃，固溶软化后空冷，将温度控制在不超过1040℃，适配GH738合金的固溶处理需求，同时可以防止晶粒长大。
在本发明的一些实施例中，对固溶软化后的棒坯进行冷拉之前，包括：
对固溶软化后的棒坯进行表面磨光处理，然后在棒坯的表面涂抹水性复合润滑剂进行润滑。
在本发明的一些实施例中，对冷拉后的棒坯进行热处理，包括：
对冷拉后的棒坯进行固溶处理，在1020℃保温1h后空冷；
对固溶处理后的棒坯进行稳定化处理，在843℃保温4h后空冷；
对稳定化处理后的棒坯进行时效处理，在760℃保温16h后空冷。
通过对冷拉后的棒坯进行热处理，使均匀细小的碳化物在晶界处呈断续分布，使得棒材强度和高温持久性得到大幅度提高。
在本发明的一些实施例中，对冷拉后的棒坯进行热处理之前，包括：
对冷拉后的棒坯进行表面磨光矫直机械处理，避免棒材产生裂纹。
另一方面，本发明提供了一种GH738合金棒材，采用上述的方法制备而成。
在本发明的一些实施例中，棒材的直径不大于25mm，抗拉强度大于1300MPa，屈服强度大于850MPa，在730℃/520MPa下的高温持久时间为200-250h。
为了更好的说明本方案，还提供了以下实施例和对比例。
实施例1
该实施例制备一种直径12mm的高强度长高温持久时间的GH738合金棒材。
S1：通过真空感应熔炼、真空自耗重熔、均质化处理和锻造制备GH738合金锻件，其中，均质化处理包括在1160℃保温24h后空冷，然后在1190℃保温大于等于60h后空冷，锻造处理包括将GH738合金加热到1150℃，采用三镦三拔工艺进行锻造，终锻温度大于等于1000℃。
S2：通过轧制试轧铁，使得轧辊表面温度提升至200℃以上，然后采用热轧末火次工艺对锻件进行处理，末火次轧制温度1130℃，末火轧制总变形量控制72%，末火次终轧温度1011℃，轧制规格直径13.50mm，得到的棒坯晶粒度7.5级。
S3：对棒坯进行固溶软化，将固溶软化温度控制在1030℃，保温时间1小时，固溶软化后空冷。
S4：对固溶软化后的棒坯进行表面磨光处理至直径12.90mm，然后在棒坯表面均匀涂抹水性复合润滑剂进行润滑后冷拉，冷拉减面变形量控制在9%，冷拉后尺寸为直径12.31mm。
S5：将冷拉后直径12.31mm的棒坯表面磨光矫直机械处理至直径12.00mm。
S6：对冷拉后的棒坯采用以下热处理工艺，对冷拉后的棒坯进行固溶处理：在1020℃保温1h后空冷；对固溶处理后的棒坯进行稳定化处理：在843℃保温4h后空冷；对稳定化处理后的棒坯进行时效处理：在760℃保温16h后空冷，得到成品。
成品的晶粒组织图如图2所示，晶粒度为8级，碳化物分布图如图3所示，碳化物呈颗粒状沿晶界断续分布，少部分碳化物在晶内弥散分布。
室温对成品进行拉伸试验，检测730℃/520MPa下成品的高温持久性能，检测结果如表1所示，直径12mm成品的抗拉强度为1323MPa，屈服强度为887MPa，在730℃/520MPa下的高温持久时间为244h.
表1 直径12mm成品性能检测结果
实施例2
该实施例制备一种直径22mm的高强度长高温持久时间的GH738合金棒材。
S1：通过真空感应熔炼、真空自耗重熔、均质化处理和锻造制备GH738合金锻件，其中，均质化处理包括在1160℃保温24h后空冷，然后在1190℃保温大于等于60h后空冷，锻造处理包括将GH738合金加热到1150℃，采用三镦三拔工艺进行锻造，终锻温度大于等于1000℃。
S2：通过轧制试轧铁，使得轧辊表面温度提升至200℃以上，然后采用热轧末火次工艺对锻件进行处理，末火次轧制温度1140℃，末火轧制总变形量控制75%，末火次终轧温度1000℃，轧制规格直径25.00mm，得到的棒坯晶粒度8级。
S3：对棒坯进行固溶软化，将固溶软化温度控制在1030℃，保温时间1小时，固溶软化后空冷。
S4：对固溶软化后的棒坯进行表面磨光处理至直径23.55mm，然后在棒坯表面均匀涂抹水性复合润滑剂进行润滑后冷拉，冷拉减面变形量控制在10%，冷拉后尺寸为直径22.34mm。
S5：将冷拉后直径22.34mm的棒坯表面磨光矫直机械处理至直径22.00mm。
S6：对冷拉后的棒坯采用以下热处理工艺，对冷拉后的棒坯进行固溶处理：在1020℃保温1h后空冷；对固溶处理后的棒坯进行稳定化处理：在843℃保温4h后空冷；对稳定化处理后的棒坯进行时效处理：在760℃保温16h后空冷，得到成品。
成品的晶粒组织图如图4所示，晶粒度为8级，碳化物分布图如图5所示，碳化物呈颗粒状沿晶界断续分布，少部分碳化物在晶内弥散分布。
室温对成品进行拉伸试验，检测730℃/520MPa下成品的高温持久性能，检测结果如表2所示，直径22mm成品的抗拉强度为1351MPa，屈服强度为910MPa，在730℃/520MPa下的高温持久时间为232h。
表2 直径22mm成品性能检测结果
对比例1
本对比例制备直径12mm的GH738合金棒材，热轧时加热温度为1130-1160℃，开轧温度≥1080℃，终轧温度≥950℃，变形量≥85%，得到的棒材晶粒度10级，未经冷拉。通过GH738合金标准热处理：对GH738合金进行固溶处理，在1020℃保温1h后空冷，然后对固溶处理后的GH738合金进行稳定化处理，在843℃保温4h后空冷，在对稳定化处理后的GH738合金进行时效处理，在760℃保温16h后空冷，得到的12mm的GH738合金棒材的性能检测结果如表3所示，室温下抗拉强度为1426MPa，屈服强度为910MPa，但在730℃/520MPa下的高温持久时间为94h，高温持久时间远小于实施例。
表3 对比例1性能检测结果
对比例2
本对比例制备直径22mm的GH738合金棒材，热轧时加热温度为1130-1160℃，开轧温度≥1080℃，终轧温度≥950℃，变形量≥85%，得到的棒材晶粒度9.5级，未经冷拉。通过GH738合金标准热处理：对GH738合金进行固溶处理，在1020℃保温1h后空冷，然后对固溶处理后的GH738合金进行稳定化处理，在843℃保温4h后空冷，再对稳定化处理后的GH738合金进行时效处理，在760℃保温16h后空冷，得到的22mm的GH738合金棒材的性能检测结果如表4所示，室温下抗拉强度为1307MPa，屈服强度为850MPa，但在730℃/520MPa下的高温持久时间为105h，高温持久时间远小于实施例。
表4 对比例2性能检测结果
综上，通过对比发现，本发明通过改进热轧工艺参数，制备7-8级的合金晶粒度的棒坯，然后通过适当的冷拉加工，在不改变棒坯晶粒组织的前提下加工硬化棒坯，制备的直径不大于25mm的GH738合金棒材的抗拉强度大于1300MPa，屈服强度大于850MPa，在730℃/520MPa下的高温持久时间达到200-250h，成功解决了当前技术在生产直径不大于25mm规格的GH738合金棒材时不能满足高强度和长高温持久性能要求的缺陷。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种GH738合金棒材的制备方法，其特征在于，包括：
通过真空感应熔炼、真空自耗重熔、均质化处理和锻造制备GH738合金锻件；
对所述锻件进行热轧，得到棒坯；
对所述棒坯进行固溶软化；
对固溶软化后的所述棒坯进行冷拉，冷拉减面变形量控制在8%-10%；
对冷拉后的所述棒坯进行热处理，得到成品棒材；
所述棒材的直径不大于25mm，抗拉强度大于1300MPa，屈服强度大于850MPa，在730℃/520MPa下的高温持久时间为200-250h；
其中，对所述锻件进行热轧，包括：
采用热轧工艺的末火次工艺对所述锻件进行处理，末火次轧制温度1130℃-1150℃，末火次轧制总变形量控制在70%-80%，末火次终轧温度≥1000℃；
所述的对所述棒坯进行固溶软化，包括：
将固溶软化温度控制在1030℃±10℃，固溶软化后空冷；
所述的对冷拉后的所述棒坯进行热处理，包括：
对冷拉后的所述棒坯进行固溶处理，在1020℃保温1h后空冷；
对固溶处理后的所述棒坯进行稳定化处理，在843℃保温4h后空冷；
对稳定化处理后的所述棒坯进行时效处理，在760℃保温16h后空冷。
2.根据权利要求1所述的一种GH738合金棒材的制备方法，其特征在于，
控制所述棒坯的晶粒度在7-8级。
3.根据权利要求1所述的一种GH738合金棒材的制备方法，其特征在于，所述的对所述锻件进行热轧之前，包括：
通过轧制试轧铁，使得轧辊表面温度提升至200℃以上。
4.根据权利要求1所述的一种GH738合金棒材的制备方法，其特征在于，所述的对固溶软化后的所述棒坯进行冷拉之前，包括：
对固溶软化后的所述棒坯进行表面磨光处理，然后在所述棒坯的表面涂抹水性复合润滑剂进行润滑。
5.根据权利要求1所述的一种GH738合金棒材的制备方法，其特征在于，所述的对冷拉后的所述棒坯进行热处理之前，包括：
对冷拉后的所述棒坯进行表面磨光矫直机械处理。
6.一种GH738合金棒材，其特征在于，所述棒材采用权利要求1-5任意一项所述的方法制备而成。
7.根据权利要求6所述的一种GH738合金棒材，其特征在于，所述棒材的直径不大于25mm，抗拉强度大于1300MPa，屈服强度大于850MPa，在730℃/520MPa下的高温持久时间为200-250h。
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