本发明属于航空发动机gh80a螺栓热处理工艺
技术领域：
，具体涉及时效制度对gh80a螺栓持久性能影响的试验方法。
背景技术：
针对gh80a材料螺栓原材料不稳定，热处理后产品出现异常断裂，不能满足螺栓各项技术指标的问题，通过采用不同时效制度后螺栓持久时间的对比，分析时效制度对gh80a材料螺栓持久性能的影响，最终确定稳定的工艺参数，提高产品质量和性能。在gh80a的试验过程以及生产过程中，持久试验经常出现异常断裂情况：有的产品持久试验几小时甚至几分钟就出现断裂。gh80a产品常出现的问题之一就是持久性能不合格，异常断裂。影响gh80a合金晶粒度和力学性能的因素很多：合金元素的组成，冶金质量的控制特别是对各种元素均匀性的控制，原材料热变形过程的控制（变形量和变形温度），以及热处理工艺参数的合理性以及参数的控制等。时效是高温合金非常重要的一个热处理步骤，其主要目的是析出沉淀相对高温合金进行强化，沉淀相的位置、种类、大小、形状和数量都和高温合金的性能息息相关，通过研究不同时效处理制度后产品的持久性能，获得最佳的时效工艺参数，进而提高该类产品的质量和性能。技术实现要素：针对上述问题，本发明的目的在于提供一种时效制度对gh80a螺栓持久性能影响的试验方法，通过该试验方法获得最佳的时效工艺参数，进而提高该类产品的质量和性能。时效制度对gh80a螺栓持久性能影响的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）gh80a螺栓产品的性能要求：试验所用gh80a螺栓硬度hb≥285，强度σb≥1000mpa，需保持在750℃，340mpa，30h的应力断裂试验下不断，头部转接圆弧处与螺纹部位晶粒度≥4级，杆与芯部晶粒度≥2级；（2）时效工艺试验。①编组：将材料与规格都相同的gh80a螺栓分为四组：即a组、b组、c组、d组，每组六根gh80a螺栓并分别编号为1-6#；②退火：将a组、b组、c组、d组的gh80a螺栓分别加热到1000-1150℃，保持15-25min，然后空冷；③时效处理：退火完成后，将a组在750℃下放置4h；将b组在750℃下放置4h+16h；将c组在750℃下放置4h+30h；将d组在750℃下放置4h+50h；④持久试验：分别将经过时效处理后的a组、b组、c组、d组进行持久试验，记录持久性能。（3）结果：a组持续进行持久试验4h时出现断头；b组持续进行持久试验18.25h时出现断螺纹；c组中1～3#螺栓持续进行持久试验35h时工装拉断，c组中4～6#螺栓持续进行持久试验40h后未断；d组持续进行持久试验40h后未断。（4）时效后金相组织对比：采用30~50h时效后晶界上有大量析出物。（5）时效试验结果分析：①时效试验结果数据分析；同一材料经同炉退火后，采用不同的时效制度，其持久时间相差较大，按标准时效制度时效出现4h异常断裂，采用16h的补充时效后，持久时间有所提高，但仍不能满足产品技术条件的要求；当大幅度延长时效时间，即采用30h的补充时效时，其持久时间大幅度提高；②螺栓时效试验结果原因分析；通过对持久4h断裂件，以及30h补充时效的产品在持久试验前和试验后的样件进行金相比对，发现：4h断裂件的晶界上析出物数量较少，30h时效件在持久试验前其析出物比4h断裂件有明显增多，30h时效件经持久试验后的析出物略有增加；原因是因为在长时间的时效过程中γ＇相和碳化物数量的大量析出，才使持久时间得到大幅度提高。（6）结论：通过前期的工艺试验，通过调整gh80a螺栓产品的固溶温度和固溶时间，调整产品的晶粒度，使晶粒度满足产品技术条件要求；在此基础上，大幅度提高产品的时效时间，采用750℃×30h的时效制度，克服了采用750℃×4h时效后，强化相及第二相质点的析出不充分的缺点，保证产品的持久性能满足技术条件要求；采用新的热处理工艺流程和工艺参数生产的gh80a螺栓，持久性能大大提高，从原来的几个小时、甚至几分钟，提高到完全满足产品持久性能≥30h的要求。进一步的，步骤（2）时效工艺试验②中所述退火为：将a组、b组、c组、d组的gh80a螺栓分别加热到1090℃，保持20min，然后空冷。本发明通过研究不同时效处理制度后产品的持久性能，获得最佳的时效工艺参数，进而提高该类产品的质量和性能。附图说明图1为本发明时效制度对gh80a螺栓持久性能影响的试验方法中试验产品的晶粒度要求示意图；图2本发明时效制度对gh80a螺栓持久性能影响的试验方法中经过750℃×4h时效处理后，持久试验中在4h持久异常断裂件的放大图；图3本发明时效制度对gh80a螺栓持久性能影响的试验方法中经过750℃×30h补充时效后，持久试验后产品表面出现大量析出物时的放大图。具体实施方式下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。时效制度对gh80a螺栓持久性能影响的试验方法，包括以下步骤：（1）gh80a螺栓产品的性能要求：试验所用gh80a螺栓硬度hb≥285，强度σb≥1000mpa，在750℃、340mpa，30h条件下不断，头部转接圆弧处与螺纹部位晶粒度≥4级，杆与芯部晶粒度≥2级（图1所示）。具体如表一所示：硬度强度应力断裂晶粒度hb≥285σb≥1000mpa750℃、340mpa，30h不断头部转接圆弧处、螺纹部位≥4级，杆、芯部≥2级。（见图1）表1（2）时效工艺试验：时效处理，指金属或合金工件经固溶处理，从高温淬火或经过一定程度的冷加工变形后，在较高的温度或室温放置保持其形状、尺寸，性能随时间而变化的热处理工艺。时效工艺参数选择原则：高温合金的时效温度通常选在该合金的使用温度附近，以使合金的组织在使用过程中稳定，特别是希望γ＇相的尺寸大小和数量基本保持稳定。如果时效温度远远高于使用温度，那么在零件使用过程中γ＇（或γ＇＇）相会进一步析出，作为一种应力时效，析出相的数量增多，从而会改变合金的力学性能；如果时效温度远远低于使用温度，主要强化相在使用过程中会聚集长大，从而会降低合金的强度。因此本次时效工艺试验时效温度不变，只改变时效时间。具体试验方案如下：（表2所示）表2①编组：将材料与规格都相同的gh80a螺栓分为四组：即a组、b组、c组、d组，每组六根gh80a螺栓并分别编号为1-6#；②退火：a组、b组、c组、d组的gh80a螺栓分别加热到1090℃，保持20min，然后空冷；③时效处理：退火完成后，将a组在750℃下放置4h；将b组在750℃下放置4h+16h；将c组在750℃下放置4h+30h；将d组在750℃下放置4h+50h；④持久试验：分别将经过时效处理后的a组、b组、c组、d组进行持久试验，记录持久性能。（3）结果：（如表3所示）表3a组持续进行持久试验4h时出现断头；b组持续进行持久试验18.25h时出现断螺纹；c组中1～3#螺栓持续进行持久试验35h时工装拉断，c组中4～6#螺栓持续进行持久试验40h后未断；d组持续进行持久试验40h后未断。（4）时效后金相组织对比：（如图2和图3所示）采用30~50h时效后晶界上有大量析出物。（5）时效试验结果分析：①时效试验结果数据分析；同一材料经同炉退火后，采用不同的时效制度，其持久时间相差较大，按标准时效制度时效出现4h异常断裂，采用16h的补充时效后，持久时间有所提高，但仍不能满足产品技术条件的要求；当大幅度延长时效时间，即采用30h的补充时效时，其持久时间大幅度提高；②螺栓时效试验结果原因分析；通过对持久4h断裂件，以及30h补充时效的产品在持久试验前和试验后的样件进行金相比对，发现：4h断裂件的晶界上析出物数量较少，30h时效件在持久试验前其析出物比4h断裂件有明显增多，30h时效件经持久试验后的析出物略有增加。沉淀强化相即γ＇［ni3(al,ti)］相的数量是高温合金强化的根本保证，一切能提高γ＇沉淀强化相数量的措施均可提高合金的高温性能。通过时效处理：一方面析出均匀细小弥散的γ＇相，主要强化相数量增加，使高温合金的强度进一步提高，达到最佳强化效果。另一方面当时效温度达到碳化物的析出温度时（gh80a的碳化物析出开始温度为700℃），还可以沿晶界析出颗粒状的质点，作为第二相强化相，进一步强化晶界，从而提高材料的高温性能。关于碳化物对高温合金强化的论述，很多资料均有介绍。其原理为：碳化物如mc（tic、vc）、m23c6、m6c以颗粒状呈链状分布于晶界，阻止晶粒沿晶界滑动和迁移，阻止裂纹的形成和扩展，从而使持久时间和持久塑性提高。对高温合金性能有利的碳化物是在时效过程中析出的二次碳化物。而在从液态金属凝固过程中析出的一次碳化物往往成为裂纹源及裂纹扩展通道，对合金性能是相当有害的。因此，正是因为在长时间的时效过程中γ＇相和碳化物数量的大量析出，才使持久时间得到大幅度提高。（6）结论；通过前期的工艺试验，通过调整gh80a螺栓产品的固溶温度和固溶时间，调整产品的晶粒度，使晶粒度满足产品技术条件要求；在此基础上，大幅度提高产品的时效时间，采用750℃×30h的时效制度，克服了采用750℃×4h时效后，强化相及第二相质点的析出不充分的缺点，保证产品的持久性能满足技术条件要求。采用新的热处理工艺流程和工艺参数生产的gh80a螺栓，持久性能大大提高，从原来的几个小时、甚至几分钟，提高到完全满足产品持久性能≥30h的要求。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。当前第1页12