CN117385152A - 含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高温合金热加工领域，公开了含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法，包括根据含W、Mo元素的高温合金铸锭的主要偏析相的初熔温度确定组炉均质化温度上限；根据不同直径下高温合金铸锭的均质化工艺参数确定组炉高温合金铸锭的直径范围；根据高温合金铸锭的二次枝晶臂间距和所述均质化工艺参数制定组炉均质化制度。本发明通过偏析相的初熔温度确定组炉均质化温度上限，防止均质化过程中发生过烧，再依据铸锭不同直径和二次枝晶间距来设计满足不同合金组炉均质化制度，从而更快速的消除偏析，减少均质化时间，实现降本增效，在节能减排。
Description
技术领域
本发明属于高温合金热加工领域，尤其涉及含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法。
背景技术
难熔金属元素W和Mo是高温合金中最常用的强化元素之二，主要作用为增大基体的晶格常数，使得屈服强度增大，往往大量存在于析出相MC、M23C6和M6C中，这类含碳化物的高温合金由于具有高的强度和抗氧化性，主要应用于航空发动机和燃气轮机的涡轮盘和叶片，也是石油化工、火电核电、节能环保等多领域重大装备制造的关键材料。然而，在大尺寸高温合金铸锭重熔凝固过程中，由于铸锭内部各区域散热条件不同，冷却速率差异显著，产生的溶质偏析和粗大碳化物析出会对合金组织稳定性和后续均匀化处理产生不利影响。此外，近年来随着航空航天、国防军工以及海洋开发等高新技术领域的发展，含W、Mo元素的高温合金需求量大幅增加，传统的含W、Mo元素高温合金均质化方法也显露出了较大的弊端，由于缺乏理论支撑，不同基体的高温合金只能进行同基体类型合金的均质化处理，无法进行组炉搭配均质化，严重制约着企业的生产能力，同时也造成了巨大的耗能。
目前关于均质化工艺的研究更多的是集中在单一牌号的高温合金或其他钢种的组炉上，关于高温合金的组炉均匀化报道很少。例如申请号为CN202111386023.7的高合金化高温材料均质化的方法，将高合金化高温合金铸锭进行预开坯处理，然后进行均匀化热处理，再进行开坯锻造；其中所述预开坯处理包括：在不超过1200℃的温度下对所述铸锭进行加热处理后，进行预开坯锻造。通过这个方法，改善了材料的晶粒组织均匀性，改善了第二相分布的均匀性，提高了材料的利用率和成材率。申请号为201910722351.6的一种高钨高钴的镍合金铸锭均匀化工艺，将高钨高钴的镍合金铸锭装入热处理炉，装炉温度≤600℃；加热升温至1150-1250℃，控制升温速率10-80℃/h；在1150-1250℃保温≥24h；将热处理后的铸锭随炉冷却到700℃以下，再空冷到室温。通过该工艺处理的高钨高钨的镍合金铸锭，消除了成分偏析，组织均匀，可改善热加工塑性。
因此提出一种含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法是非常有必要的，在节能减排，降低企业生产成本方面具有重要的意义，同时对推动后续生产加工，提高效率方面具有重要的促进作用。
发明内容
含W、Mo这类难扩散元素主要存在于MC、M23C6、M6C这类碳化物中，由于均质化的目的是回溶合金中的低熔点脆性相和消除元素偏析，因此将析出相为碳化物的合金进行组炉均质化是可行的。
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含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法，根据偏析相的初熔温度确定组炉均质化温度上限，防止均质化过程中发生过烧，再依据铸锭不同直径和二次枝晶间距来设计满足不同合金组炉均质化制度，从而更快速的消除偏析，减少均质化时间，实现降本增效。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法，包括：
根据含W、Mo元素的高温合金铸锭的主要偏析相的初熔温度确定组炉均质化温度上限；
根据不同直径下高温合金铸锭的均质化工艺参数确定高温合金铸锭的直径范围；
根据高温合金铸锭的二次枝晶臂间距和均质化工艺参数制定组炉均质化制度。
在本发明的一些实施例中，组炉均质化温度上限小于主要偏析相的最低初熔温度。
在本发明的一些实施例中，组炉均质化制度以消除高温合金铸锭的最难偏析元素为准。
在本发明的一些实施例中，含W、Mo元素的高温合金铸锭包括：GH5188、GH4141、GH4648和GH3128。
在本发明的一些实施例中，主要偏析相包括：M23C6、M6C和MC；
GH5188合金铸锭中M23C6初熔温度为1260℃，M6C初熔温度为1287℃，不含MC；
GH4141合金铸锭中MC初熔温度为1283℃，不含M23C6和M6C；
GH3128合金铸锭中MC初熔温度为1324℃，不含M23C6和M6C；
GH4648合金铸锭中MC初熔温度为1273℃，不含M23C6和M6C；
组炉均质化温度上限为1260℃。
在本发明的一些实施例中，根据不同直径下高温合金铸锭的均质化工艺参数确定组炉高温合金铸锭的直径范围，包括：
不同直径下高温合金铸锭的均质化工艺参数包括：
直径为D1的GH5188合金铸锭退火时，均质化工艺为1100-1250℃保温10-80h；
直径为D2的GH4648合金铸锭退火时，均质化工艺为1130-1250℃保温20-80h；
直径为D3的GH3128合金铸锭退火时，均质化工艺为1100-1250℃保温20-60h；
直径为D4的GH4141合金铸锭退火时，均质化工艺为1100-1250℃保温20-60h；
其中508mm≥D4＞D3＞D2＞D1≥360mm，对直径在D1、D2、D3、D4范围内的GH5188合金铸锭、GH4648合金铸锭、GH3128合金铸锭和GH4141合金铸锭进行组炉均质化处理。
在本发明的一些实施例中，高温合金铸锭的二次枝晶臂间距包括：
GH5188合金铸锭的直径为D1时，二次枝晶臂间距从边缘到心部的大小范围为90-100um；
GH4648合金铸锭的直径为D2时，二次枝晶臂间距从边缘到心部的大小范围为107-110um；
GH3128合金铸锭的直径为D3时，二次枝晶臂间距从边缘到心部的大小范围为100-120um；
GH4141合金铸锭的直径为D4时，二次枝晶臂间距从边缘到心部的大小范围为107-130um。
在本发明的一些实施例中，组炉均质化制度包括：
将高温合金铸锭在t1小时内以恒定速率加热至T1℃，在T1℃下，保温t2-t1小时，完成对GH5188合金铸锭的均质化处理；
将高温合金铸锭在T1℃下继续保温t3-t2小时，完成对GH4648合金的均质化处理；
将高温合金铸锭以恒定速率加热至T2℃，所用时间为t4-t3小时，在T2℃下保温t5-t4小时，完成对GH3128合金的均质化处理；
将高温合金铸锭在T2℃继续保温t6-t5小时，完成对GH4141合金的均质化，偏析消除。
在本发明的一些实施例中，1220℃≥T2＞T1≥1100℃。
在本发明的一些实施例中，100≥t5-t4＞t3-t2＞t2-t1＞t6-t5＞t1＞t4-t3≥10。
本发明的技术效果和优点：
本发明的提供一种含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法，根据含W、Mo元素的高温合金铸锭的主要偏析相的初熔温度确定组炉均质化温度上限；根据不同直径下高温合金铸锭的均质化工艺参数确定组炉高温合金铸锭的直径范围；根据高温合金铸锭的二次枝晶臂间距和所述均质化工艺参数制定组炉均质化制度。
本发明通过偏析相的初熔温度确定组炉均质化温度上限，防止均质化过程中发生过烧，再依据铸锭不同直径和二次枝晶间距来设计满足不同合金组炉均质化制度，从而更快速的消除偏析，减少均质化时间，实现降本增效，在节能减排，降低企业生产成本方面具有重要的意义，同时对推动后续生产加工，提高效率方面具有重要的促进作用。
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为本发明含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法的流程图；
图2为本发明组炉均质化制度示意图；
图3为实施例GH5188均质化前的组织图；
图4为实施例GH4141均质化前的组织图；
图5为实施例GH4648均质化前的组织图；
图6为实施例GH3128均质化前的组织图；
图7为实施例GH5188组炉均质化后的组织图；
图8为实施例GH4141组炉均质化后的组织图；
图9为实施例GH4648组炉均质化后的组织图；
图10为实施例GH3128组炉均质化后的组织图。
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，本发明提供了一种含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法，包括：
根据含W、Mo元素的高温合金铸锭的主要偏析相的初熔温度确定组炉均质化温度上限；
根据不同直径下高温合金铸锭的均质化工艺参数确定高温合金铸锭的直径范围；
根据高温合金铸锭的二次枝晶臂间距和均质化工艺参数制定组炉均质化制度。
在本发明的一些实施例中，组炉均质化温度上限小于主要偏析相的最低初熔温度，防止过烧。
在本发明的一些实施例中，组炉均质化制度以消除高温合金铸锭的最难偏析元素为准，需要说明的是，铸锭直径越大，二次枝晶臂间距越大，偏析难度也越大，达到完全均质化所需加热温度越高，保温时间越长，故进行铸锭组炉均质化时，应以消除最难偏析元素作为依据设计加热温度和保温时间。
在本发明的一些实施例中，含W、Mo元素的高温合金铸锭包括：GH5188、GH4141、GH4648和GH3128。
在本发明的一些实施例中，主要偏析相包括：M23C6、M6C和MC；
GH5188合金铸锭中M23C6初熔温度为1260℃，M6C初熔温度为1287℃，不含MC；
GH4141合金铸锭中MC初熔温度为1283℃，不含M23C6和M6C；
GH3128合金铸锭中MC初熔温度为1324℃，不含M23C6和M6C；
GH4648合金铸锭中MC初熔温度为1273℃，不含M23C6和M6C；
组炉均质化温度上限为1260℃。
在本发明的一些实施例中，根据不同直径下高温合金铸锭的均质化工艺参数确定组炉高温合金铸锭的直径范围，包括：
不同直径下高温合金铸锭的均质化工艺参数包括：
直径为D1的GH5188合金铸锭退火时，均质化工艺为1100-1250℃保温10-80h；
直径为D2的GH4648合金铸锭退火时，均质化工艺为1130-1250℃保温20-80h；
直径为D3的GH3128合金铸锭退火时，均质化工艺为1100-1250℃保温20-60h；
直径为D4的GH4141合金铸锭退火时，均质化工艺为1100-1250℃保温20-60h；
其中508mm≥D4＞D3＞D2＞D1≥360mm，对直径在D1、D2、D3、D4范围内的GH5188合金铸锭、GH4648合金铸锭、GH3128合金铸锭和GH4141合金铸锭进行组炉均质化处理，通过分析不同直径下高温合金铸锭的均质化工艺参数，确定工艺参数具有重叠区间的不同高温合金铸锭的对应直径范围。
在本发明的一些实施例中，高温合金铸锭的二次枝晶臂间距包括：
GH5188合金铸锭的直径为D1时，二次枝晶臂间距从边缘到心部的大小范围为90-100um；
GH4648合金铸锭的直径为D2时，二次枝晶臂间距从边缘到心部的大小范围为107-110um；
GH3128合金铸锭的直径为D3时，二次枝晶臂间距从边缘到心部的大小范围为100-120um；
GH4141合金铸锭的直径为D4时，二次枝晶臂间距从边缘到心部的大小范围为107-130um。
通过对比不同直径的高温合金铸锭的二次枝晶臂间距，确定不同高温合金铸锭组炉均质化时完成元素扩散均匀的先后顺序，从而方便作为消除最难偏析元素的依据设计加热温度和保温时间。
在本发明的一些实施例中，组炉均质化制度如图2所示，包括：
将高温合金铸锭在t1小时内以恒定速率加热至T1℃，在T1℃下，保温t2-t1小时，完成对GH5188合金铸锭的均质化处理；
将高温合金铸锭在T1℃下继续保温t3-t2小时，完成对GH4648合金的均质化处理；
将高温合金铸锭以恒定速率加热至T2℃，所用时间为t4-t3小时，在T2℃下保温t5-t4小时，完成对GH3128合金的均质化处理；
将高温合金铸锭在T2℃继续保温t6-t5小时，完成对GH4141合金的均质化，偏析消除。
在本发明的一些实施例中，1220℃≥T2＞T1≥1100℃。
在本发明的一些实施例中，100≥t5-t4＞t3-t2＞t2-t1＞t6-t5＞t1＞t4-t3≥10。
为了更好的解释本方案，提供了以下实施例。
实施例
本实施例采用上述方法对GH5188、GH4141、GH4648和GH3128进行组炉均质化处理，其中，GH5188、GH4141、GH4648和GH3128中W、Mo元素的质量百分数如表1所示。
表1 高温合金中难扩散元素的质量百分数（%）
GH5188、GH4141、GH4648和GH3128中主要偏析相的初熔温度（℃）如下表所示：
表2 高温合金中各相的初熔温度（℃）
根据表2中各析出相碳化物的初熔温度，设计组炉均质化温度的上限不超过1260℃，防止过烧。
然后根据不同直径的GH5188、GH4141、GH4648和GH3128的均质化工艺参数，确定可以进行组炉均质化处理的合金铸锭直径范围，其中，铸锭直径为D1的GH5188合金退火时，均质化工艺为在1100-1250℃保温10-80h，铸锭直径为D2的GH4648合金退火时，均质化工艺为在1130-1250℃保温20-80h，铸锭直径为D3的GH3128合金退火时，均质化工艺为在1100-1220℃保温20-60h，铸锭直径为D4的GH4141合金退火时，均质化工艺为在1160-1240℃保温20-100h，508mm≥D4＞D3＞D2＞D1≥360mm，当合金铸锭直径在D1、D2、D3、D4范围内时，可将这类高温合金铸锭进行组炉均质化处理。
依据铸锭直径越大，二次枝晶臂间距越大，偏析难度也越大，达到完全均质化所需温度和时间也就越长，组炉均质化时应以消除最难偏析元素作为依据，其中，
GH5188合金铸锭直径为D1时，二次枝晶臂间距从边缘到心部的大小范围为：90～100um；
GH4648合金铸锭直径为D2时，二次枝晶臂间距从边缘到心部的大小范围为107～110um；
GH3128合金铸锭直径为D3时，二次枝晶臂间距从边缘到心部的大小范围为100～120um；
GH4141合金铸锭直径为D4时，二次枝晶臂间距从边缘到心部的大小范围为107～130um；
根据GH5188、GH4141、GH4648和GH3128的二次枝晶臂间距和铸锭直径，组炉均质化时消除偏析从先到后的顺序依次是GH5188、GH4648、GH3128、GH4141。
以消除铸锭GH4141的最难偏析元素相作为依据制定组炉均质化制度，
将高温合金铸锭在t1小时内以恒定速率加热至T1℃，在T1℃下，保温t2-t1小时，完成对GH5188合金铸锭的均质化处理；
将高温合金铸锭在T1℃下继续保温t3-t2小时，完成对GH4648合金的均质化处理；
将高温合金铸锭以恒定速率加热至T2℃，所用时间为t4-t3小时，在T2℃下保温t5-t4小时，完成对GH3128合金的均质化处理；
将高温合金铸锭在T2℃继续保温t6-t5小时，完成对GH4141合金的均质化，偏析消除。
其中，100≥t5-t4＞t3-t2＞t2-t1＞t6-t5＞t1＞t4-t3≥10，1220℃≥T2＞T1≥1100℃，T2不超过组炉均质化温度的上限1260℃。
图3-6为GH5188、GH4141、GH4648和GH3128均质化前的组织图，图7-10为GH5188、GH4141、GH4648和GH3128组炉均质化后的组织图，对比各合金组炉均质化前后的组织图可知，合金中的枝晶完全消除，碳化物析出相分布均匀且数量减少、尺寸变小，共晶相周围聚集的颗粒数减少，晶界变得平缓，实现了均匀化。
本发明提供的含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法，能够大幅缩短均质化处理时间，节约成本，加快生产进度；同一合金在铸锭改变时，由于合金中主要元素种类占比不变，仍可按本方案进行制定具体的热处理工艺，本发明为含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法提供了理论指导，使均匀化的设计更具有科学性，为工业化生产提供了保证，本发明的组炉均质化处理方法不局限于含W、Mo元素的高温合金铸锭，凡利用本发明原理进行退火处理的均在本发明的专利保护范围之内。
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 (10)
1.含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法，其特征在于，包括：
根据含W、Mo元素的高温合金铸锭的主要偏析相的初熔温度确定组炉均质化温度上限；
根据不同直径下所述高温合金铸锭的均质化工艺参数确定高温合金铸锭的直径范围；
根据所述高温合金铸锭的二次枝晶臂间距和所述均质化工艺参数制定组炉均质化制度。
2.根据权利要求1所述的含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法，其特征在于，
所述组炉均质化温度上限小于所述主要偏析相的最低初熔温度。
3.根据权利要求1所述的含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法，其特征在于，
所述组炉均质化制度以消除所述高温合金铸锭的最难偏析元素为准。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法，其特征在于，
含W、Mo元素的所述高温合金铸锭包括：GH5188、GH4141、GH4648和GH3128。
5.根据权利要求4所述的含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法，其特征在于，
所述主要偏析相包括：M23C6、M6C和MC；
所述GH5188合金铸锭中M23C6初熔温度为1260℃，M6C初熔温度为1287℃，不含MC；
所述GH4141合金铸锭中MC初熔温度为1283℃，不含M23C6和M6C；
所述GH3128合金铸锭中MC初熔温度为1324℃，不含M23C6和M6C；
所述GH4648合金铸锭中MC初熔温度为1273℃，不含M23C6和M6C；
所述组炉均质化温度上限为1260℃。
6.根据权利要求2所述的含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法，其特征在于，所述的根据不同直径下所述高温合金铸锭的均质化工艺参数确定组炉高温合金铸锭的直径范围，包括：
不同直径下所述高温合金铸锭的均质化工艺参数包括：
直径为D1的GH5188合金铸锭退火时，均质化工艺为1100-1250℃保温10-80h；
直径为D2的GH4648合金铸锭退火时，均质化工艺为1130-1250℃保温20-80h；
直径为D3的GH3128合金铸锭退火时，均质化工艺为1100-1250℃保温20-60h；
直径为D4的GH4141合金铸锭退火时，均质化工艺为1100-1250℃保温20-60h；
其中508mm≥D4＞D3＞D2＞D1≥360mm，对直径在D1、D2、D3、D4范围内的GH5188合金铸锭、GH4648合金铸锭、GH3128合金铸锭和GH4141合金铸锭进行组炉均质化处理。
7.根据权利要求4所述的含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法，其特征在于，
所述高温合金铸锭的二次枝晶臂间距包括：
GH5188合金铸锭的直径为D1时，二次枝晶臂间距从边缘到心部的大小范围为90-100um；
GH4648合金铸锭的直径为D2时，二次枝晶臂间距从边缘到心部的大小范围为107-110um；
GH3128合金铸锭的直径为D3时，二次枝晶臂间距从边缘到心部的大小范围为100-120um；
GH4141合金铸锭的直径为D4时，二次枝晶臂间距从边缘到心部的大小范围为107-130um。
8.根据权利要求7所述的含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法，其特征在于，
所述组炉均质化制度包括：
将所述高温合金铸锭在t1小时内以恒定速率加热至T1℃，在T1℃下，保温t2-t1小时，完成对GH5188合金铸锭的均质化处理；
将所述高温合金铸锭在T1℃下继续保温t3-t2小时，完成对GH4648合金的均质化处理；
将所述高温合金铸锭以恒定速率加热至T2℃，所用时间为t4-t3小时，在T2℃下保温t5-t4小时，完成对GH3128合金的均质化处理；
将所述高温合金铸锭在T2℃继续保温t6-t5小时，完成对GH4141合金的均质化，偏析消除。
9.根据权利要求8所述的含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法，其特征在于，
1220℃≥T2＞T1≥1100℃。
10.根据权利要求8所述的含W、Mo元素高温合金铸锭组炉均质化处理方法，其特征在于，
100≥t5-t4＞t3-t2＞t2-t1＞t6-t5＞t1＞t4-t3≥10。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN116043149A (zh) * | 2022-12-16 | 2023-05-02 | 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 | 一种低膨胀高温合金组炉均质化处理方法 |
| CN118166240A (zh) * | 2024-05-09 | 2024-06-11 | 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 | 含大尺寸共晶相γ+γ＇高温合金铸锭及其组炉均质化处理方法 |
-
2023
- 2023-09-06 CN CN202311141195.7A patent/CN117385152A/zh active Pending
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| CN116043149B (zh) * | 2022-12-16 | 2024-05-28 | 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 | 一种低膨胀高温合金组炉均质化处理方法 |
| CN118166240A (zh) * | 2024-05-09 | 2024-06-11 | 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 | 含大尺寸共晶相γ+γ＇高温合金铸锭及其组炉均质化处理方法 |
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