本发明涉及合金材料热处理领域，具体为一种使K417G合金性能恢复的热处理方法，适用于长期使用引起性能衰减的K417G合金材料重新获得优异性能。
背景技术：
K417G合金是一种高γ′〔Ni3(Al、Ti)〕相含量的时效强化型镍基铸造高温合金，具有优良的综合性能，主要用于制备航空发动机中的热端部件。目前应用K417G合金制备的零件主要为铸造后，不再进行热处理，加工后直接使用。在高温长时间服役后，合金中的主要强化相γ′发生粗化、晶界宽化、碳化物分解，造成零件性能逐渐降低。一般零件在使用一段时间后只能报废处理，由新的精铸件替换相关零件，会大大增加发动机的维护成本。
对于组织衰变的材料，需要将各种粗化组织回溶，进行归一化处理，再结合适当的时效处理以控制强化相的分布状态，才有可能实现合金的性能恢复。回溶粗化组织的热处理温度过低则无法有效回溶，温度过高又容易引起严重氧化、晶界液化等问题。高温处理完的冷却速率不能过低，否则在冷却过程中γ′会发生快速粗化，导致强度降低。高温处理后的合金需要在合适的温度时效以使晶界析出强化相，否则晶内强度过高容易造成塑性严重降低；时效时间过长，成本过高，设备占用率高，不利于推广应用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种使长期使用后的K417G合金性能恢复的热处理方法，从而提高零件利用率。
本发明的技术方案是：
一种使K417G合金性能恢复的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)随炉升温或到温装炉，在1230～1250℃保温0.1～2h；
(2)保温结束后以不少于1℃/min的冷速随炉冷却；
(3)在750～900℃保温1～20h，空冷。
所述的使K417G合金性能恢复的热处理方法，步骤(1)为高温固溶处理，步骤(3)为时效处理。
所述的使K417G合金性能恢复的热处理方法，高温固溶处理后，1000℃以上停留时间不超过5h。
所述的使K417G合金性能恢复的热处理方法，步骤(1)中，优选在1240℃保温0.25～1.5h。
所述的使K417G合金性能恢复的热处理方法，步骤(2)中，随炉冷却的冷速优选为3～10℃/min。
所述的使K417G合金性能恢复的热处理方法，步骤(3)中，优选在800～900℃保温5～16h。
本发明的设计思想是：
为了建立K417G合金零件的恢复热处理方法，根据长期使用后合金的组织衰变特征，需要回溶粗化γ′相，并通过冷速和时效处理控制γ′相尺寸和分布，再利用时效处理析出足够晶界强化相，从而提高综合性能。
其中，高温固溶处理温度要在1230℃以上，否则无法回溶粗化的γ′相，温度过高则导致严重氧化和内部液相区出现。固溶后1000℃以上停留时间不能超过5h，否则γ′相尺寸过大会降低强度；冷速也不能快于空冷，否则晶界或共晶等界面会出现明显淬火裂纹。在750～900℃时效处理时，如果在800～900℃保温时间可短些，如果在750℃时间要长些。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明对于组织衰变的K417G，首先采用高温固溶处理，将粗化的γ′相和M23C6相回溶。再以适当的冷速和时效处理控制晶界和晶内强化相的分布状态，以实现合金拉伸和持久性能重新恢复。
2、本发明通过简单热处理工艺，可使服役长时间的K417G铸件重新获得优异的性能，从而延长零件的使用寿命。
附图说明
图1为K417G铸态合金的典型组织；
图2为长期使用后K417G合金的组织衰变特征；
图3为在1240℃保温1h后以100min炉冷到800℃保温16h空冷样品的组织；
图4为在1240℃保温1h后以100min炉冷到850℃保温16h空冷样品的组织；
图5为在1240℃保温1h后以100min炉冷到900℃保温16h空冷样品的组织；
图6为在1220℃保温1h后水冷样品的组织；
图7为随炉升温在1220℃保温1h后空冷样品的组织；
图8为随炉升温在1240℃保温1h后以100min炉冷到900℃空冷样品的组织。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明使K417G合金性能恢复的热处理方法，具体工艺流程为：
(1)将铸件随炉升温或到温装炉，将材料在1230～1250℃保温0.1～1h，充分回溶粗化的γ′相和大量析出的M23C6相；如果对零件处理，最好在真空热处理炉内利用专用工装夹具固定零件；
(2)保温后，冷却到1000℃以下出炉或降温至时效保温温度(炉冷时间不超过3h，防止冷却过程中的γ′相长大)；
(3)在750～900℃保温1～20h，空冷或炉冷，以使合金析出晶界M23C6相。
(4)铸件性能接近铸件使用前水平(900℃拉伸性能：Rm≥637MPa，A≥6％，Z≥6％；760℃/645MPa持久性能：≥23h；950℃/235MPa持久性能：≥40h)。
下面，通过对比例和实施例对本发明进一步详细说明。
对比例1
K417G铸态合金和900℃时效5000h后拉伸和持久性能如表1所示。相比于铸态合金，在900℃时效5000h后，K417G合金的抗拉强度已经明显降低，塑性提高；760℃/645MPa持久寿命都明显降低，已经低于23h的要求；950℃/235MPa持久寿命都明显降低，已经低于40h的技术要求。合金的铸态组织如图1所示，主要包括一次MC块状碳化物、大量细小的γ′相和γ′相共晶组成。900℃时效5000h后组织如图2所示，合金中γ′相已明显长大，共晶和MC碳化物周围析出了较多的块状的M23C6相，并伴随着周围较多无析出区的出现。900℃时效5000h后的组 织反应了该合金组织衰变的主要特征，本发明后续研究的材料都是组织和性能已经明显衰变的样品。
表1、K417G合金铸态和900℃时效5000h后的力学性能
实施例1
本实施例中，使K417G合金性能恢复的热处理方法如下：
在1240℃保温1h后，以100min冷却到800℃，并在800℃保温16h后空冷至室温，样品的组织如图3所示。可见，合金的γ′相析出量较大，尺寸较细小，晶界处也有一定M23C6相析出。性能测试结果如表2所示，合金的900℃拉伸强度、760℃和950℃持久性能有明显提高，获得了优异的综合性能优异。
表2在1240℃保温1h后以100min炉冷到800℃保温16h空冷样品的力学性能
实施例2
本实施例中，使K417G合金性能恢复的热处理方法如下：
在1240℃保温1h后，以100min冷却到850℃，并在850℃保温16h后空冷至室温，样品的组织如图4所示。可见，合金的γ′相析出量较大，尺寸较细小，晶 界处也有一定M23C6相析出。性能测试结果如表3所示，合金的900℃拉伸强度、760℃和950℃持久性能有明显提高，获得了优异的综合性能优异。
表3在1240℃保温1h后以100min炉冷到850℃保温16h空冷样品的力学性能
实施例3
本实施例中，使K417G合金性能恢复的热处理方法如下：
在1240℃保温1h后，以100min冷却到900℃，并在900℃保温5h后空冷至室温，样品的组织如图5所示。可见，合金的γ′相析出量较大，尺寸较细小，晶界处也有一定M23C6相析出。性能测试结果如表4所示，合金的900℃拉伸强度、760℃和950℃持久性能有明显提高，获得了优异的综合性能优异。
表4在1240℃保温1h后以100min炉冷到90℃保温16h空冷样品的力学性能
对比例2
试样在1240℃保温1h后水冷样品的组织如图6所示。可见，在固溶处理后直接淬火处理，时效析出γ′相数量较少，并且在晶界等区域存在明显淬火裂纹，可见固溶后冷却速度不能太高。
对比例3
试样随炉升温在1220℃保温1h后空冷样品的组织如图7所示。可见，在固溶处理后直接空冷，γ′相尺寸明显粗于铸态合金，甚至粗于900℃时效5000h已粗化的组织，说明该条件处理不足以回溶粗化的γ′相，固溶温度不足。
对比例4
试样随炉升温在1240℃保温1h后，以100min炉冷到900℃空冷样品的组织如图8所示。可见，在固溶处理后，未经一定时间的时效处理而直接空冷，γ′相尺寸虽然较细，但晶界几乎无任何析出相。经该处理后合金的性能如表5所示，可见合金的900℃拉伸塑性和760℃/645MPa持久寿命较低。
表5、在1240℃保温1h后以100min炉冷到900℃空冷的力学性能
实施例结果表明，本发明方法可使性能衰减的K417G铸件重新获得较高水平的拉伸和持久性能，从而延长铸件使用寿命。
技术特征：
1.一种使K417G合金性能恢复的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)随炉升温或到温装炉，在1230～1250℃保温0.1～2h；
(2)保温结束后以不少于1℃/min的冷速随炉冷却；
(3)在750～900℃保温1～20h，空冷。
2.按权利要求1所述的使K417G合金性能恢复的热处理方法，其特征在于：步骤(1)为高温固溶处理，步骤(3)为时效处理。
3.按权利要求2所述的使K417G合金性能恢复的热处理方法，其特征在于：高温固溶处理后，1000℃以上停留时间不超过5h。
4.按权利要求1所述的使K417G合金性能恢复的热处理方法，其特征在于：步骤(1)中，优选在1240℃保温0.25～1.5h。
5.按权利要求1所述的使K417G合金性能恢复的热处理方法，其特征在于：步骤(2)中，随炉冷却的冷速优选为3～10℃/min。
6.按权利要求1所述的使K417G合金性能恢复的热处理方法，其特征在于：步骤(3)中，优选在800～900℃保温5～16h。
技术总结
本发明涉及合金材料热处理领域，具体为一种使K417G合金性能恢复的热处理方法，适用于长期使用引起性能衰减的K417G合金材料重新获得优异性能。该方法包括如下步骤：(1)随炉升温或到温装炉，在1230～1250℃保温0.1～2h；(2)保温结束后以不少于1℃/min的冷速随炉冷却；(3)在750～900℃保温1～20h，空冷。本发明首先采用高温固溶处理，将粗化的γ′相和M23C6相回溶；再以适当的冷速和时效处理控制晶界和晶内强化相的分布状态，以实现合金拉伸和持久性能重新恢复。从而，通过简单热处理工艺，可使服役长时间的K417G铸件重新获得优异的性能，延长零件的使用寿命。
技术研发人员：祁峰;孙文儒;于连旭;于兴福;张伟红;刘芳;信昕;贾丹;杨国良;廉心桐;郑丹丹;郭守仁;胡壮麒
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
文档号码：201610393977
技术研发日：2016.06.06
技术公布日：2017.06.16
声明：
“使K417G合金性能恢复的热处理方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中国科学院金属研究所
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2024年11月27日 ~ 29日 
