CN117684032B - 一种细晶粒度新型高温镍合金的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种细晶粒度新型高温镍合金的制备工艺，该工艺包括7个步骤，分别为S1：按照高温镍合金原材料粉体配方称取，并处理得到均匀细化的镍基混合粉体；S2：将混合粉体置于不锈钢套中，进行脱气处理，然后置于热等静压机中烧结成棒坯；S3：将棒坯放入熔炼炉中进行熔炼，经高温精炼，低温精炼后，再采用重熔精炼，浇铸成合金锭；S4：对合金锭退火后进行锻造、轧制，制备成合金盘条；S5：对合金盘条进行表面处理；S6：多道次的拉拔‑退火；S7：进行固溶‑时效处理。经上述工艺制备的高温镍合金晶粒度细且级差小，具有巨大的工业价值。
Description
技术领域
本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺。
背景技术
随着我国重工业技术的进步，我国核工业、航天技术也得到了长足的发展，伴随着金属材料性能的要求越来高高，核工业、航空器的工作环境严苛，长期处于高温高压的工作环境下，对于金属材料的高强度提出了新的更高的要求。
Ni作为目前高温合金材料使用的主要元素，是少有的既能提高合金材料强度，又不明显削弱材料塑性的合金元素，并具有极为优异的耐高温、耐氧化、耐腐蚀的性能。
在实际应用中，高温镍合金经多次加工得到的工件会出现开裂现象，金相分析表明出现开裂问题的合金晶粒度是4-6级，为异常粗大晶粒，且同批次产品的晶粒度差异过大，若不针对晶粒度级差较大的产品进行差异化处理，得到的产品性能不一致，直接影响材料的性能。
金属材料的晶粒度的大小对金属的机械性能和工艺性能有很大的影响，一般在常温状态下晶粒越细越均匀，材料的综合性能越好，通过晶粒度可初步判断材料的性能。金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。因为金属晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多，需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使金属塑性变形的抗力越高。
金属的晶粒越细，其塑性和韧性越高。因为晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变形的晶粒数目也越多，变形越均匀，使在断裂前发生较大的塑性变形。强度和塑性同时增加，金属在断裂前消耗的功也较大，因而其韧性也较好。因此开发出一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺就意义重大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中生产高温镍合金的晶粒粗大且级差较大，严重影响产品的性能，提供了一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺，包括以下步骤：
S1：按照高温镍合金原材料粉体配方质量百分比称取，并处理得到均匀细化的镍基混合粉体；
S2：将混合粉体置于不锈钢套中，并预留一定空间，进行脱气处理，然后置于热等静压机中烧结成棒坯；
S3：将棒坯放入熔炼炉中进行熔炼，经高温精炼，低温精炼后，再采用重熔精炼，浇铸成合金锭；
S4：对合金锭退火后进行锻造、轧制，制备成合金盘条；
S5：对合金盘条进行表面处理；
S6：多道次的拉拔-退火；
S7：进行固溶-时效处理。
作为优选，所述高温镍合金原材料粉体配方质量百分比为：Cr：15.0%、Co：4.0%、Mo：5.0%、Fe：6.0%、Nb：2.0-3.0%、Y：0.30-0.35%、Al：1.0-2.0%、Ni余量。
作为优选，所述S1中处理工艺为将除Y、Al粉外的原料粉体加入到乙醇中，在2000r/min磁力搅拌2h后，置于50KHz超声处理2h，得到乙醇悬浮液；过滤，取不溶物，放置在80℃干燥箱中进行干燥处理2h，得到混合粉体；将上述混合粉体放入球磨罐，再加入长链脂肪酸，球磨罐放在高能球磨机上进行球磨处理，其中磨球材质为刚玉球，球料质量比为5-8：1，球磨过程5-10h，球磨罐转速为150 200r/min；
所述长链脂肪酸与原料粉体总质量的用量比为2g：100g。
作为优选，所述长链脂肪酸为肉豆蔻酸或月桂酸。
作为优选，所述S2中脱气处理工艺为炉温保持在660 700℃，真空度＜0.1Pa，保持6-8h；所述烧结工艺为以25℃/min的加热速率，升温至1220 1280℃，然后对表面施加150MPa的气体压力，并在恒压恒温下保持4 6h随炉冷却，获得Φ40-50mm的圆柱形粉末烧结棒坯。
作为优选，所述S3中高温精炼为1750-1850℃下熔炼30-45min，加热速率为15-25℃/min；降温至1650-1700℃下进行低温精炼熔炼15-25min；低温精炼后期加入处理后的Y粉、Al粉并搅拌均匀；所述重熔为电渣重熔，熔炉温度为1750-1850℃。
作为优选，所述S4中退火工艺为加热到1000-1050℃，保温20-35h；所述锻造工艺为900-950℃下，开坯锻造成合金坯I，锻造比为3-4，在950-1000℃回火加热1-2h后，1000-1050℃下锻造成合金坯II，锻造比为7-8，再在1000-1050℃下锻造成合金坯III，锻造比为3-4；所述的轧制工艺为在1000-1050℃下保温0.5-1.5h，950-1100℃下热轧成Φ4.0-5.0mm合金盘条；所述S4中升温速率为10-15℃/min。
作为优选，所述S5表面处理为将合金盘条加热到950℃保温1.5h，油冷进行软化处理，酸洗，接着再超声清洗。
作为优选，所述S6中的拉拔-退火，在拉拔前添加润滑剂，再多道次拉拔加工，得到Φ1.0-1.5mm合金丝；所述退火为在进行9-11道次的拉拔之后要进行真空退火，退火温度为850-950℃。
作为优选，所述的S7中固溶-时效处理为氮气环境下，加热至950-1000℃，保温2-3h，继续加热至1020-1070℃，保温2-3h，快速水淬得到固溶态合金；所述的时效为加热至800-850℃下，保温3-8h，空冷，再加热至750-770℃下，保温10-15h，空冷；所述固溶-时效处理升温速率为3-5℃/min。
本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明提供了一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺，在金属粉体阶段，使用球磨法细化粉体晶粒，在原材料初始阶段降低原子堆积密度；同时使用长链脂肪酸作为球磨介质，其作用有三点：第一、可在粒子表面反应吸附，形成有机保护层，在具有润滑作用；第二、有机保护层的存在解决了球磨后粉体粒子细化后表面活性增加导致的团聚问题；第三、有机保护层在后期高温熔炼过程中挥发碳化析出，碳为脱氧剂，可进一步提纯金属混合液，保证纯净度。此外，磨球为刚玉材质，其主要为氧化铝，在球磨细化过程中不会引入其他杂质。
（2）本发明提供了一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺，采用化学处理方法，在合金配方中添加Nb粉，在熔炼过程中添加Y粉和Al粉。Nb元素在锻造前加热时，形成微量Nb的碳氮化合物质点钉扎晶界的迁移，阻止晶粒的长大。Al元素一方面为强脱氧剂，可补充碳的脱氧能力不足，进一步降低金属混合液的氧含量；另一方面、可形成弥散γ′相，细化晶粒。Y元素首先由于平衡分配系数很小，在凝固过程中，富集于晶界表面，阻止晶体的发育长大，使高温金属液在凝固过程中形成更多的核心，从而达到细化晶粒的目的；对于同种材料而言，合金的铸态晶粒越细，轧制产品的晶粒也越细；第二、在冶炼过程中与O、S等其它元素发生配位反应形成氧硫化物，其熔点非常高且稳定，镇静后可排除，得到的合金纯度更高，具有除杂提纯作用。
（3）本发明提供了一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺，采用梯度升温，多次锻造，即形变热处理工艺。一方面多次锻造起机械破碎作用，消除初生粗大晶粒，改善铸态组织；另一方面则产生形变再结晶过程，新晶粒在原始粗大晶界处重新形核、长大，使晶粒充分细化。
（4）本发明提供了一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺，采用分级固溶处理，在不同温度下保温一段时间，调控晶粒的粒度分布均匀性，有效控制晶粒大小均一性，降低晶粒度级差。采用分级时效处理，调整强化相的大小、数量和分布，粗大的γ′相与细小的γ′相弥散析出并存，具有最佳的综合性能。
（5）本发明提供了一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺，在精炼-重熔-锻造-热轧工艺过程中均采用较大的升温降温速率，以破坏优先生成的粗大晶粒，从而达到细化并均匀的细晶粒。
（6）本发明提供了一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺，结合球磨法、化学处理方法（即添加晶粒细化剂）、形变热处理工艺以及急速升降温、分级多次固溶-时效处理，得到晶粒度细、级差小的高温镍合金产品。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细说明。但应理解，以下实施例仅是对本发明实施方式的举例说明，而非是对本发明的范围限定。
实施例1
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺，包括以下步骤：
S1：按照高温镍合金原材料粉体配方质量百分比称取，并处理得到均匀细化的镍基混合粉体；
上述高温镍合金原材料粉体配方质量百分比为：Cr：15.0%、Co：4.0%、Mo：5.0%、Fe：6.0%、Nb：2.2%、Y：0.35%、Al：1.5%、Ni余量。
上述S1中处理工艺为将除Y、Al粉外的原料粉体加入到乙醇中，在2000r/min磁力搅拌2h后，置于50KHz超声处理2h，得到乙醇悬浮液；过滤，取不溶物，放置在80℃干燥箱中进行干燥处理2h，得到混合粉体；将上述混合粉体放入球磨罐，再加入肉豆蔻酸，球磨罐放在高能球磨机上进行球磨处理，其中磨球材质为刚玉球，球料质量比为7：1，球磨过程10h，球磨罐转速为150r/min；
所述肉豆蔻酸与原料粉体总质量的用量比为2g：100g。
S2：将混合粉体置于不锈钢套中，并预留上下20mm的距离空间，在炉温保持在700℃，真空度＜0.1Pa，保持6h的条件下进行脱气处理，然后置于热等静压机中，以25℃/min的加热速率，升温至1280℃，然后对表面施加150MPa的气体压力，并在恒压恒温下保持4h随炉冷却，获得Φ40mm的圆柱形粉末烧结棒坯。
S3：将棒坯放入熔炼炉中进行熔炼，在1800℃下熔炼30min，加热速率为20℃/min；降温至1650℃下进行低温精炼熔炼25min；低温精炼结束前加入球磨处理后的Y粉、Al粉并搅拌均匀；再采用电渣重熔精炼，熔炉温度为1850℃，填充系数为0.4，浇铸成合金锭；
S4：对合金锭进行退火，工艺为加热到1050℃，保温20h；退火后进行锻造，工艺为950℃下，开坯锻造成合金坯I，锻造比为4，在1000℃回火加热1h后，1050℃下锻造成合金坯II，锻造比为7，再在1050℃下锻造成合金坯III，锻造比为4；然后轧制，工艺为在1050℃下保温0.5h，1100℃下热轧成Φ4.0mm合金盘条；升温速率为15℃/min。
S5：将合金盘条加热到950℃保温1.5h，油冷进行软化处理，使用酸（氢氟酸5wt%、硝酸10wt%、水85wt%）在70℃下洗涤1h，酸洗后迅速吊起并浸入80℃的水中冲洗干净；接着再置于50KHz超声处理2h。
S6：在拉拔前添加润滑剂（80%硬脂酸钙+20%石灰粉），再多道次拉拔加工，得到Φ1.0mm合金丝；所述退火为在进行10道次的拉拔之后要进行真空退火，退火温度为850℃。
S7：为氮气环境下，加热至980℃，保温2.5h，继续加热至1050℃，保温2.5h，快速水淬得到固溶态合金；所述的时效为加热至850℃下，保温3h，空冷，再加热至760℃下，保温12h，空冷；所述固溶-时效处理升温速率为4℃/min。
实施例2
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺，包括以下步骤：
S1：按照高温镍合金原材料粉体配方质量百分比称取，并处理得到均匀细化的镍基混合粉体；
上述高温镍合金原材料粉体配方质量百分比为：Cr：15.0%、Co：4.0%、Mo：5.0%、Fe：6.0%、Nb： 3.0%、Y：0.30%、Al：1.0%、Ni余量。
上述S1中处理工艺为将除Y、Al粉外的原料粉体加入到乙醇中，在2000r/min磁力搅拌2h后，置于50KHz超声处理2h，得到乙醇悬浮液；过滤，取不溶物，放置在80℃干燥箱中进行干燥处理2h，得到混合粉体；将上述混合粉体放入球磨罐，再加入肉豆蔻酸，球磨罐放在高能球磨机上进行球磨处理，其中磨球材质为刚玉球，球料质量比为5：1，球磨过程10h，球磨罐转速为200r/min；
所述肉豆蔻酸与原料粉体总质量的用量比为2g：100g。
S2：将混合粉体置于不锈钢套中，并预留上下20mm的距离空间，在炉温保持在660℃，真空度＜0.1Pa，保持8h的条件下进行脱气处理，然后置于热等静压机中，以25℃/min的加热速率，升温至1220℃，然后对表面施加150MPa的气体压力，并在恒压恒温下保持6h随炉冷却，获得Φ50mm的圆柱形粉末烧结棒坯。
S3：将棒坯放入熔炼炉中进行熔炼，在1850℃下熔炼30min，加热速率为25℃/min；降温至1700℃下进行低温精炼熔炼15min；低温精炼结束前加入球磨处理后的Y粉、Al粉并搅拌均匀；再采用电渣重熔精炼，熔炉温度为1850℃，填充系数为0.4，浇铸成合金锭；
S4：对合金锭进行退火，工艺为加热到1000℃，保温35h；退火后进行锻造，工艺为900℃下，开坯锻造成合金坯I，锻造比为3，在950℃回火加热2h后，1000℃下锻造成合金坯II，锻造比为8，再在1000℃下锻造成合金坯III，锻造比为4；然后轧制，工艺为在1000℃下保温1.5h，950℃下热轧成Φ5.0mm合金盘条；升温速率为10℃/min。
S5：将合金盘条加热到950℃保温1.5h，油冷进行软化处理，使用酸（氢氟酸5wt%、硝酸10wt%、水85wt%）在70℃下洗涤1h，酸洗后迅速吊起并浸入80℃的水中冲洗干净；接着再置于50KHz超声处理2h。
S6：在拉拔前添加润滑剂（80%硬脂酸钙+20%石灰粉），再多道次拉拔加工，得到Φ1.5mm合金丝；所述退火为在进行9道次的拉拔之后要进行真空退火，退火温度为950℃。
S7：为氮气环境下，加热至950℃，保温3h，继续加热至1020℃，保温3h，快速水淬得到固溶态合金；所述的时效为加热至830℃下，保温5h，空冷，再加热至770℃下，保温10h，空冷；所述固溶-时效处理升温速率为3℃/min。
实施例3
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺，包括以下步骤：
S1：按照高温镍合金原材料粉体配方质量百分比称取，并处理得到均匀细化的镍基混合粉体；
上述高温镍合金原材料粉体配方质量百分比为：Cr：15.0%、Co：4.0%、Mo：5.0%、Fe：6.0%、Nb：2.0%、Y：0.30%、Al：2.0%、Ni余量。
上述S1中处理工艺为将除Y、Al粉外的原料粉体加入到乙醇中，在2000r/min磁力搅拌2h后，置于50KHz超声处理2h，得到乙醇悬浮液；过滤，取不溶物，放置在80℃干燥箱中进行干燥处理2h，得到混合粉体；将上述混合粉体放入球磨罐，再加入月桂酸，球磨罐放在高能球磨机上进行球磨处理，其中磨球材质为刚玉球，球料质量比为8：1，球磨过程5h，球磨罐转速为180r/min；
所述月桂酸与原料粉体总质量的用量比为2g：100g。
S2：将混合粉体置于不锈钢套中，并预留上下20mm的距离空间，在炉温保持在680℃，真空度＜0.1Pa，保持7h的条件下进行脱气处理，然后置于热等静压机中，以25℃/min的加热速率，升温至1250℃，然后对表面施加150MPa的气体压力，并在恒压恒温下保持5h随炉冷却，获得Φ45mm的圆柱形粉末烧结棒坯。
S3：将棒坯放入熔炼炉中进行熔炼，在1750℃下熔炼45min，加热速率为15℃/min；降温至1650℃下进行低温精炼熔炼20min；低温精炼结束前加入球磨处理后的Y粉、Al粉并搅拌均匀；再采用电渣重熔精炼，熔炉温度为1750℃，填充系数为0.4，浇铸成合金锭；
S4：对合金锭进行退火，工艺为加热到1020℃，保温28h；退火后进行锻造，工艺为950℃下，开坯锻造成合金坯I，锻造比为4，在1000℃回火加热1h后，1050℃下锻造成合金坯II，锻造比为8，再在1050℃下锻造成合金坯III，锻造比为3；然后轧制，工艺为在1030℃下保温1h，1050℃下热轧成Φ4.5mm合金盘条；升温速率为12℃/min。
S5：将合金盘条加热到950℃保温1.5h，油冷进行软化处理，使用酸（氢氟酸5wt%、硝酸10wt%、水85wt%）在70℃下洗涤1h，酸洗后迅速吊起并浸入80℃的水中冲洗干净；接着再置于50KHz超声处理2h。
S6：在拉拔前添加润滑剂（80%硬脂酸钙+20%石灰粉），再多道次拉拔加工，得到Φ1.0mm合金丝；所述退火为在进行11道次的拉拔之后要进行真空退火，退火温度为900℃。
S7：为氮气环境下，加热至1000℃，保温2h，继续加热至1070℃，保温2h，快速水淬得到固溶态合金；所述的时效为加热至800℃下，保温8h，空冷，再加热至750℃下，保温15h，空冷；所述固溶-时效处理升温速率为5℃/min。
实施对比例1-15均与实施例1对比：
实施对比例1
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺同具体实施例1，不同之处在于：S1中高温镍合金原材料粉体配方质量百分比为：Cr：15.0%、Co：4.0%、Mo：5.0%、Fe：6.0%、Ni余量。
实施对比例2
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺同具体实施例1，不同之处在于：S1中高温镍合金原材料粉体配方质量百分比为：Cr：15.0%、Co：4.0%、Mo：5.0%、Fe：6.0%、Y：0.35%、Al：1.5%、Ni余量。
实施对比例3
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺同具体实施例1，不同之处在于：S1中高温镍合金原材料粉体配方质量百分比为：Cr：15.0%、Co：4.0%、Mo：5.0%、Fe：6.0%、Nb：2.2%、Al：1.5%、Ni余量。
实施对比例4
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺同具体实施例1，不同之处在于：S1中高温镍合金原材料粉体配方质量百分比为：Cr：15.0%、Co：4.0%、Mo：5.0%、Fe：6.0%、Nb：2.2%、Y：0.35%、Ni余量。
实施对比例5
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺同具体实施例1，不同之处在于：S1中镍基混合粉体未经球磨法细化处理。
实施对比例6
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺同具体实施例1，不同之处在于：将S1中肉豆蔻酸替换成无水乙醇。
实施对比例7
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺同具体实施例1，不同之处在于：将S1中肉豆蔻酸替换成硬脂酸。
实施对比例8
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺同具体实施例1，不同之处在于：将S1中磨球材质有刚玉替换成硬质合金球。
实施对比例9
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺同具体实施例1，不同之处在于：S4中的锻造工艺为950℃下，开坯锻造成合金坯I，锻造比为4。
实施对比例10
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺同具体实施例1，不同之处在于：S4中的锻造工艺为950℃下，开坯锻造成合金坯I，锻造比为2，在1000℃回火加热1h后，1050℃下锻造成合金坯II，锻造比为3，再在1050℃下锻造成合金坯III，锻造比为2。
实施对比例11
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺同具体实施例1，不同之处在于：S6中拉拔道次为5。
实施对比例12
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺同具体实施例1，不同之处在于：S7中为氮气环境下，加热至980℃，保温2.5h，快速水淬得到固溶态合金；所述的时效为加热至850℃下，保温3h，空冷；所述固溶-时效处理升温速率为4℃/min。
实施对比例13
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺同具体实施例1，不同之处在于：S7中为氮气环境下，加热至980℃，保温2.5h，继续加热至1100℃，保温2.5h，快速水淬得到固溶态合金；所述的时效为加热至850℃下，保温3h，空冷，再加热至760℃下，保温12h，空冷；所述固溶-时效处理升温速率为4℃/min。
实施对比例14
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺同具体实施例1，不同之处在于：S7中为氮气环境下，加热至980℃，保温2.5h，继续加热至1000℃，保温2.5h，继续加热至1050℃，保温2.5h，快速水淬得到固溶态合金；所述的时效为加热至850℃下，保温3h，空冷，再加热至760℃下，保温12h，空冷；所述固溶-时效处理升温速率为4℃/min。
实施对比例15
一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺同具体实施例1，不同之处在于：S2、S3、S4中加热速率均为5℃/min。
分别测定本发明实施例 1-3、实施对比例1-15中细晶粒度高温镍合金的制备工艺制备的镍合金的物理性能，结果如表 1 所示。
表1各实施例物理测试性能
从实施例1-3可以观察到，本发明的一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺，结合球磨法、化学处理方法（即添加晶粒细化剂）、形变热处理工艺以及急速升降温、分级多次固溶-时效处理，得到晶粒度细、级差小的高温镍合金产品，同时细的晶粒度、小的级差体现在具有较好的力学性能。
从实施例1与实施对比例1-4可以观察到，本发明的细晶粒度高温镍合金的制备工艺，添加晶粒细化剂，可一定程度上细化晶粒，降低级差。从实施例1与实施对比例5-6可以观察到，球磨法对于初始细化离子具有重要作用，同时球磨处理后对金属离子具有包裹防团聚的作用，最终体现在各项性能指标更优。从实施例1与实施对比例7-8可以观察到，肉豆蔻酸作为球磨介质更优，猜测为其分子量更小，羧基密度更高，对金属粒子表面吸附更强，分散性更好；从实施例8中可以观察到，刚玉的主要成分为氧化铝，对金属粒子粉末不会造成污染，其最终性能更优。从实施例1与实施对比例9-10可以观察到，适宜的锻造工艺对晶粒的大小及分布具有重要影响，可机械破碎，消除初生粗大晶粒，使其再结晶并充分细化。从实施例1与实施对比例11可以观察到，较多的冷拉道次，晶粒度更细。从实施例1与实施对比例12-14可以观察到，2次固溶-时效处理后的晶粒度最优，且级差最小；同时温度对晶粒度有较大影响。从实施例1与实施对比例15可以观察到，急速的温度变化可以破坏优先生成的粗大晶粒，从而达到细化并均匀的细晶粒。
其中测试方法如下：
（1）硬度：载荷150kg。
（2）力学性能测试：参照GB/T 228-2002《金属材料 室温拉伸试验方法》，试验温度23±5℃。
（3）晶粒度：参照GB/T 6394-2017所述方法进行测试。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (1)
1.一种细晶粒度高温镍合金的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1：按照高温镍合金原材料粉体配方质量百分比称取，并处理得到均匀细化的镍基混合粉体；
S2：将混合粉体置于不锈钢套中，并预留一定空间，进行脱气处理，然后置于热等静压机中烧结成棒坯；
S3：将棒坯放入熔炼炉中进行熔炼，经高温精炼，低温精炼后，再采用重熔精炼，浇铸成合金锭；
S4：对合金锭退火后进行锻造、轧制，制备成合金盘条；
S5：对合金盘条进行表面处理；
S6：多道次的拉拔-退火；
S7：进行固溶-时效处理；
所述高温镍合金原材料粉体配方质量百分比为：Cr：15 .0％、Co：4 .0％、Mo：5 .0％、Fe：6 .0％、Nb：2.0-3.0％、Y：0.30-0.35％、Al：1 .0-2.0％、Ni余量；
所述S1中处理工艺为将除Y、Al粉外的原料粉体加入到乙醇中，在2000r/min磁力搅拌2h后，置于50KHz超声处理2h，得到乙醇悬浮液；过滤，取不溶物，放置在80℃干燥箱中进行干燥处理2h，得到混合粉体；将上述混合粉体放入球磨罐，再加入长链脂肪酸，球磨罐放在高能球磨机上进行球磨处理，其中磨球材质为刚玉球，球料质量比为5-8：1，球磨过程5-10h，球磨罐转速为150-200r/min；
所述长链脂肪酸与原料粉体总质量的用量比为2g：100g；
所述长链脂肪酸为肉豆蔻酸或月桂酸；
所述S2中脱气处理工艺为炉温保持在660-700℃，真空度＜0 .1Pa，保持6-8h；所述烧结工艺为以25℃/min的加热速率，升温至1220-1280℃，然后对表面施加150MPa的气体压力，并在恒压恒温下保持4-6h随炉冷却，获得Φ40-50mm的圆柱形粉末烧结棒坯；
所述S3中高温精炼为1750-1850℃下熔炼30-45min，加热速率为15-25℃/min；降温至1650-1700℃下进行低温精炼熔炼15-25min；低温精炼后期加入处理后的Y粉、Al粉并搅拌均匀；所述重熔为电渣重熔，熔炉温度为1750-1850℃；
所述S4中退火工艺为加热到1000-1050℃，保温20-35h；所述锻造工艺为900-950℃下，开坯锻造成合金坯I，锻造比为3-4，在950-1000℃回火加热1-2h后，1000-1050℃下锻造成合金坯II，锻造比为7-8，再在1000-1050℃下锻造成合金坯III，锻造比为3-4；所述的轧制工艺为在1000-1050℃下保温0.5-1.5h，950-1100℃下热轧成Φ 4.0-5 .0mm合金盘条；所述S4中升温速率为10-15℃/min；
所述S5表面处理为将合金盘条加热到950℃保温1.5h，油冷进行软化处理，酸洗，接着再超声清洗；
所述S6中的拉拔-退火，在拉拔前添加润滑剂，再多道次拉拔加工，得到Φ1.0-1.5mm合金丝；所述退火为在进行9-11道次的拉拔之后要进行真空退火，退火温度为850-950℃；
所述的S7中固溶-时效处理为氮气环境下，加热至950-1000℃，保温2-3h，继续加热至1020-1070℃，保温2-3h，快速水淬得到固溶态合金；所述的时效为加热至800-850℃下，保温3-8h，空冷，再加热至750-770℃下，保温10-15h，空冷；所述固溶-时效处理升温速率为3-5℃/min。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105483448A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-04-13 | 钢铁研究总院 | 一种核用镍基高温合金gh4145丝材的制备方法 |
| CN106636762A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-10 | 江苏鑫信润科技有限公司 | 高性能钴基高温合金刷丝材料 |
| CN106636848A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-05-10 | 东南大学 | 一种耐磨抗蚀镍基合金丝材的制备方法 |
| CN106756257A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-05-31 | 东南大学 | 一种抗高温氧化耐磨钴基合金丝材及其制备方法 |
| CN112813307A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 江苏国镍新材料科技有限公司 | 一种耐高温镍合金及其制备方法 |
| CN112813294A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-18 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 高强高弹Ni-Cr-Co-W基合金丝材及其制备方法 |
| CN116603888A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-08-18 | 江苏科技大学 | 一种高性能镍铬合金丝材制备方法 |
-
2023
- 2023-12-21 CN CN202311770175.6A patent/CN117684032B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105483448A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-04-13 | 钢铁研究总院 | 一种核用镍基高温合金gh4145丝材的制备方法 |
| CN106636762A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-10 | 江苏鑫信润科技有限公司 | 高性能钴基高温合金刷丝材料 |
| CN106636848A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-05-10 | 东南大学 | 一种耐磨抗蚀镍基合金丝材的制备方法 |
| CN106756257A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-05-31 | 东南大学 | 一种抗高温氧化耐磨钴基合金丝材及其制备方法 |
| CN112813294A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-18 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 高强高弹Ni-Cr-Co-W基合金丝材及其制备方法 |
| CN112813307A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 江苏国镍新材料科技有限公司 | 一种耐高温镍合金及其制备方法 |
| CN116603888A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-08-18 | 江苏科技大学 | 一种高性能镍铬合金丝材制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117684032A (zh) | 2024-03-12 |
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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