专利名称：一种采用渗碳法控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法
技术领域：
本发明涉及再结晶的控制技术，特别提供一种采用渗碳法控制定向凝固柱状晶和 单晶镍基高温合金再结晶的技术。
背景技术：
燃气轮机、航空发动机叶片都是在较高温度下使用，且叶片主要受离心力作用，而 在高温下，晶界的强度不如晶内强度，横向晶界就成了叶片的薄弱环节。为此，人们发展了 定向柱晶甚至单晶叶片来消除横向晶界或全部晶界。与传统多晶叶片相比，这些叶片具有 更好的纵向机械性能和更高的承温能力。但是，叶片在定向凝固过程中，由于金属与陶瓷铸型、型芯热膨胀系数的差异，铸 件会产生变形。随后的整形、喷砂、钎焊甚至服役过程中也有可能产生变形。这样，叶片经 高温处理(固溶处理或服役过程中的高温)就会产生再结晶。再结晶产生横向晶界，于是 又形成了叶片的薄弱环节，严重影响叶片的性能。由于叶片在生产过程中不可避免要经过 某些工序(如喷砂等)，这些工序所产生的变形就无法避免。因此而带来的再结晶会大幅度 降低铸件合格率，增加成本，严重影响生产效率。目前，对于定向凝固叶片产生的再结晶，采取的措施主要是控制叶片的变形(如 尽量减少机械加工，优化设计铸型、型芯等)来预防叶片产生再结晶，或者建立叶片再结晶 标准，严格检测，超过某一程度再结晶的叶片即行报废。对于再结晶的控制，国外有一些相关的报道。欧洲专利(专利号EP1038982A1)采 用气体渗碳的方法将碳扩散到合金基体中形成碳化物，利用碳化物粒子阻碍晶界迁移的作 用来控制再结晶和使再结晶局部化。该方法设备较复杂，操作较繁琐，成本高，主要以控制 生长的方法控制再结晶，而且主要应用于单晶合金。美国专利(专利号5551999)采用较 低温度反复回复的方法来控制再结晶。还有采用涂层里面加入晶界强化元素的方法来强化 再结晶晶界，避免裂纹产生(专利号EP 1036850A1)，该方法主要针对单晶镍基高温合金。 更有甚者，采用化学腐蚀的方法直接将再结晶层腐蚀去除(专利号5413648)。该方法虽然 能够去除再结晶层，但是对于薄壁单晶或者定向柱晶镍基高温合金部件显然不适用。
发明内容
本发明目的是提供一种采用渗碳法控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，该 方法能使定向凝固镍基高温合金变形后可能产生的再结晶显著减少。本发明具体提供了一种采用渗碳法控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法， 其特征在于采用微弧火花渗碳工艺在定向凝固镍基高温合金表面渗碳处理，然后变形处 理，最后进行定向凝固镍基高温合金的标准固溶处理；其中，渗碳处理的渗碳材料为石墨电 极；渗碳工艺参数为频率1000 5000HZ，功率:500 3000W,电压20 100V。渗碳层直接包覆合金表面，渗碳层与合金基体之间为冶金结合；通过渗碳层包覆及渗碳产物控制再结晶，除了能控制再结晶生长外，还通过渗碳层包覆控制再结晶表面形 核，且能防止合金表面氧化。本发明提供的控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法中，其特征在于渗碳材 料为石墨电极。相对于气体渗碳使用的CO和氩气，该材料取材方便，价格便宜，便于存放。本发明提供的控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其特征在于渗碳工艺 设备为微弧火花加工机3H-ES-1500。本发明提供的控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其特征在于渗碳工艺 的频率优选为1000 2000HZ、功率优选为1000 3000W、电压优选为50 80V，适度的电 压、功率和频率值既能保证得到适当深度的渗碳层，又能在一定程度上避免对合金基体的 损伤和过高的应力产生。本发明提供的控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，相对于气体渗碳而言， 设备简单，操作切实可行。
图1为水喷砂变形定向凝固镍基高温合金后(喷砂参数为喷砂时间lmin，砂粒 为半径220目的空心Si02球，喷砂压力0. 45MPa)，直接真空固溶处理所产生的再结晶组 织；图2为水渗碳处理定向凝固镍基高温合金后，喷砂变形(喷砂参数为喷砂时间 lmin,砂粒为半径220目的空心Si02球，喷砂压力0. 45MPa)，经过真空固溶处理所产生的再
结晶组织。
具体实施例方式实施例1渗碳控制DZ125L定向凝固镍基高温合金再结晶。定向凝固设备制备出定向凝固镍基高温合金板，用线切割从板上切取 3X12X12mm的薄片。将12X 12 (定向柱晶生长方向)的面磨光，用微弧火花加工机进行渗 碳处理。渗碳工艺设备为微弧火花加工机3H-ES-1500，微弧火花加工机频率为1000HZ，功 率为1000W，电压为50V。渗碳处理过程要尽量保持表面渗碳层的均勻。然后用水喷砂设备 做喷砂处理。喷砂参数如下喷砂压力为0. 3MPa，喷砂时间为lmin，砂粒为SW2玻璃球。将样品用酒精清洗干净，开启热处理炉，进行真空标准固溶处理，空冷后将样品切 开观察产生的再结晶组织。经过上述处理的样品，平均再结晶深度为18微米，而没有经过 上述处理直接固溶处理的样品平均再结晶深度为30微米。实施例2渗碳控制DZ125L定向凝固镍基高温合金再结晶。定向凝固设备制备出定向凝固镍基高温合金板，用线切割从板上切取 3X12X12mm的薄片。将12X 12 (定向柱晶生长方向)的面磨光，用微弧火花加工机进行渗 碳处理。渗碳工艺设备为微弧火花加工机3H-ES-1500，微弧火花加工机频率为1000HZ，功 率为2500W，电压为80V。渗碳处理过程要尽量保持表面渗碳层的均勻。然后用水喷砂设备 做喷砂处理。喷砂参数如下喷砂压力为0. 3MPa，喷砂时间为lmin，砂粒为SW2玻璃球。将样品用酒精清洗干净，开启热处理炉，进行真空标准固溶处理，空冷后将样品切 开观察产生的再结晶组织。经过上述处理的样品，平均再结晶深度为15微米，而没有经过上述处理直接固溶的样品平均再结晶深度为30微米。实施例3渗碳控制DZ17G定向凝固镍基高温合金再结晶。定向凝固设备制备出定向凝固镍基高温合金板，用线切割从板上切取 3X12X12mm的薄片。将12X 12 (定向柱晶生长方向)的面磨光，用微弧火花加工机进行渗 碳处理。渗碳工艺设备为微弧火花加工机3H-ES-1500，微弧火花加工机频率为1000HZ，功 率为1000W，电压为50V。渗碳处理过程要尽量保持表面渗碳层的均勻。然后用水喷砂设备 做喷砂处理。喷砂参数如下喷砂压力为0. 3MPa，喷砂时间为lmin，砂粒为SW2玻璃球。将样品用酒精清洗干净，开启热处理炉，进行真空标准固溶处理，空冷后将样品切 开观察产生的再结晶组织。经过上述处理的样品，平均再结晶深度为21微米，而没有经过 上述处理直接固溶的样品平均再结晶深度为40微米。
权利要求
1.一种采用渗碳法控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其特征在于，采用微弧 火花渗碳工艺在定向凝固镍基高温合金表面渗碳处理，然后变形处理，最后进行定向凝固 镍基高温合金的标准固溶处理；其中，渗碳处理的渗碳材料为石墨电极.渗碳工艺参数为频率:1000 5000HZ,电压20 100V，功率:500 3000W。
2.按照权利要求1所述控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其特征在于，其特 征在于，所述渗碳工艺设备为微弧火花加工机3H-ES-1500。
3.按照权利要求1所述控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其特征在于，所述 渗碳工艺的频率为1000 2000HZ。
4.按照权利要求1所述控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其特征在于，所述 渗碳工艺的功率为1000 3000W。
5.按照权利要求1所述控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其特征在于，所述 渗碳工艺的电压为50 80V。
全文摘要
本发明提供了一种采用渗碳法控制定向凝固镍基高温合金再结晶的方法，其特征在于采用微弧火花渗碳工艺在定向凝固镍基高温合金表面渗碳处理，然后变形处理，最后进行定向凝固镍基高温合金的标准固溶处理；其中，渗碳处理的渗碳材料为石墨电极；渗碳工艺参数为频率1000～5000HZ，电压20～100V，功率500～3000W。该方法能使定向凝固镍基高温合金变形后可能产生的再结晶显著减少。
文档编号C22F1/10GK102071393SQ20091022014
公开日2011年5月25日 申请日期2009年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者张健, 楼琅洪, 谢光 申请人:中国科学院金属研究所