定向凝固鈮硅基合金的熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種定向凝固鈮硅基合金的熱處理方法，屬于合金熱處理【技術(shù)領(lǐng)域】。該定向凝固鈮硅基合金的熱處理方法，包括如下步驟：1）將定向凝固鈮硅基合金置于惰性氣體環(huán)境下加熱到1750～1850℃，并保溫5～20小時；2）隨爐冷卻降溫到1000～1700℃，保溫2～10小時。該熱處理工藝在保持合金強度需求（強度下降幅度不大）的情況下顯著細化了定向凝固鈮硅基合金的晶粒尺寸，斷裂韌性提高約一倍，因而該工藝優(yōu)化了鈮硅基合金的綜合力學性能。
【專利說明】定向凝固鈮硅基合金的熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總地涉及熱處理技術(shù)，更具體地涉及定向凝固鈮硅基合金的熱處理工藝?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]燃氣渦輪發(fā)動機在航空航天、能源動力、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用，其能源利用效率跟高溫結(jié)構(gòu)材料的使用溫度密不可分。目前渦輪葉片材料普遍采用鎳基單晶高溫合金，最高使用溫度已經(jīng)超過1100°c，達到了純鎳熔點的85%，再提升的潛力不大，因此需要開發(fā)新一代的高溫結(jié)構(gòu)材料。渦輪葉片在高溫高壓高蝕的惡劣條件下工作，葉片材料必須具備一系列優(yōu)異的綜合性能，包括高溫強度、低溫塑韌性、抗氧化性、抗蠕變性、抗疲勞性、加工成型性等。
[0003]已知鈮硅基合金熔點高，密度低。鈮硅基合金由Nb和Nb5Si3兩相組成，Nb5Si3相有三種同素異構(gòu)體:aNb5Si3、Mb5Si3' Y Nb5Si3，其中Mb5Si3和Y Nb5Si3是高溫穩(wěn)定相，a Nb5Si3是低溫穩(wěn)定相。在鈮硅基合金的兩相中，Nb相塑韌性較好，Nb5Si3相高溫強度、抗蠕變性、抗氧化性較好，兩者的結(jié)合可以獲得較好的綜合性能。因此，鈮硅基合金成為替代鎳基高溫合金的候選材料，可用于在1200-1500°C高溫環(huán)境下工作的渦輪葉片等熱端部件。通過添加合金化元素還可以優(yōu)化其綜合性能，目前主要形成兩種體系的鈮硅基合金，包括高韌型的Nb-S1-Ti系和高強型的Nb-S1-Mo系。
[0004]鈮硅基合金的加工工藝包括電弧熔煉、感應(yīng)熔煉、定向凝固、熱擠壓、電子束物理氣相沉積等。對于制備渦輪葉片，通常采用定向凝固熔模鑄造工藝，近凈成型生產(chǎn)出零件。
[0005]鈮硅基合金室溫斷裂韌性較差，成為制約其應(yīng)用的主要障礙之一。在定向凝固過程中，抽拉速度是重要的工藝參數(shù)，高抽拉速度會引起疏松等缺陷，因此定向凝固合金通常采用較低的抽拉速度，但低抽拉速度又會造成鑄件晶粒粗大。晶粒度大小對合金斷裂韌性有較大影響，晶粒越細小，斷裂韌性越高。定向凝固銀娃合金晶粒粗大，晶粒尺寸一般為l-3mm,斷裂韌性較低，小于
【權(quán)利要求】
1.一種定向凝固鈮硅基合金的熱處理方法，其特征在于，所述熱處理方法包括如下步驟: 1)將定向凝固鈮硅基合金置于惰性氣體環(huán)境下加熱到1750~1850°C，并保溫5~20小時； 2)隨爐冷卻到1000~1700。。，保溫2~10小時。
2.如權(quán)利要求1所述的定向凝固鈮硅基合金的熱處理方法，其特征在于，還包括將所述步驟I)和步驟2)重復(fù)進行若干次的步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的定向凝固鈮硅基合金的熱處理方法，其特征在于，將所述步驟I)和步驟2)重復(fù)進行2~6次。
4.如權(quán)利要求1至3任一項所述的定向凝固鈮硅基合金的熱處理方法，其特征在于，將定向凝固鈮硅合金加熱到1750~1800°C并保溫5~10小時。
5.如權(quán)利要求4所述的定向凝固鈮硅基合金的熱處理方法，其特征在于，隨爐冷卻降溫到1500~1700。。，保溫2~5小時。
6.如權(quán)利要求5所述的定向凝固鈮硅基合金的熱處理方法，其特征在于，所述將定向凝固鈮硅基合金置于惰性氣體環(huán)境下的步驟包括將定向凝固鈮硅基合金置于真空熱處理爐中，先抽真空再充入惰性氣體。
7.如權(quán)利要求6所述的定向凝固鈮硅基合金的熱處理方法，其特征在于，所述鈮硅基合金包括Nb-Si 二元合金、高韌型的Nb-S1-Ti系合金和高強型的Nb-S1-Mo系合金。
8.如權(quán)利要求7所述的定向凝固鈮硅基合金的熱處理方法，其特征在于，熱處理后隨爐冷卻到室溫，所述定向凝固鈮硅基合金的晶粒尺寸為100~500 μ m，斷裂韌性達到`12 ~24 MPaV^0
【文檔編號】C22F1/02GK103540884SQ201210238131
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月10日
【發(fā)明者】李玉龍, 張燕, 朱鷗, 雷力明, 石隨林 申請人:中航商用航空發(fā)動機有限責任公司