專利名稱：?jiǎn)尉Ц邷睾辖鸬碾姇r(shí)效處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料熱處理領(lǐng)域，具體為一種單晶高溫合金的直流電流時(shí)效處理方法。
背景技術(shù)：
為了適應(yīng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的高溫性能要求，高溫合金經(jīng)歷了從鑄造合金到定向凝固高溫合金，再到單晶高溫合金的發(fā)展過程。單晶高溫合金，由于消除了晶界的影響，獲得了更為理想的高溫力學(xué)性能。
單晶高溫合金主要依賴于第二相強(qiáng)化，即共格的γ′相強(qiáng)化，γ′相本身既有較好的強(qiáng)度又可以參與形變，不會(huì)由于析出大量的γ′相或存在大塊的γ′相而造成嚴(yán)重的脆性，成為單晶高溫合金的主要強(qiáng)化相。
γ′相的相體積百分?jǐn)?shù)是獲得強(qiáng)化效果的基本條件。隨著高溫合金的不斷發(fā)展，合金的成分更加復(fù)雜，而標(biāo)志著鎳基高溫合金發(fā)展的重要標(biāo)志是合金的γ′相含量不斷增加，隨著γ′相含量增加，高溫合金的持久強(qiáng)度增加。
γ′相尺寸大小也是決定其強(qiáng)化效果的一個(gè)重要參數(shù)。γ′相強(qiáng)化是通過它與位錯(cuò)的交互作用來實(shí)現(xiàn)的，因此γ′相強(qiáng)化存在一個(gè)臨界尺寸，當(dāng)γ′相尺寸小于這個(gè)臨界值時(shí)，位錯(cuò)以切割機(jī)制通過γ′相，隨著γ′尺寸增加，切割阻力變大，強(qiáng)化程度上升；但當(dāng)γ′相尺寸大于這個(gè)臨界值時(shí)，位錯(cuò)繞過機(jī)制將開始啟動(dòng)，從而繞過機(jī)制將代替切割機(jī)制，隨著γ′相尺寸變大，位錯(cuò)更容易繞過γ′相，強(qiáng)化程度下降。因此γ′相尺寸為臨界值時(shí)可以獲得最佳強(qiáng)化效果。γ′相尺寸臨界值和γ′相體積百分?jǐn)?shù)也有很大關(guān)系，隨著γ′相體積百分?jǐn)?shù)增加，γ′相尺寸臨界值變大。同時(shí)，γ′相的形貌和分布也會(huì)影響到它的強(qiáng)化效果，γ′相形貌越規(guī)則，分布越均勻，其強(qiáng)化程度越高。
因此，固溶處理后的單晶高溫合金必須經(jīng)過時(shí)效處理來獲得一定體積分?jǐn)?shù)和尺寸的γ′相。但通過常規(guī)的時(shí)效處理方法很難同時(shí)獲得理想的γ′相體積分?jǐn)?shù)和尺寸，要得到合適尺寸的γ′相也需要很長(zhǎng)的處理時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對(duì)現(xiàn)有工藝存在的不足，提供一種更為簡(jiǎn)單和優(yōu)越的單晶高溫合金時(shí)效處理方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的先將經(jīng)固溶處理后的單晶高溫合金兩端連接到直流電源兩極上，放入箱式電阻爐內(nèi)加熱到時(shí)效處理溫度，然后開啟連接單晶高溫合金的電源，使直流電流通過單晶高溫合金，在電流作用下進(jìn)行時(shí)效處理。電流密度為0.1-150A/cm2(較佳范圍為5-90A/cm2)，時(shí)效處理溫度為合金的使用溫度，保溫時(shí)間為10-100小時(shí)(較佳范圍為10-64小時(shí))。
一種直流電流下單晶高溫合金的時(shí)效處理裝置，該裝置包括直流電源、加熱保溫系統(tǒng)、樣品和導(dǎo)線，直流電源通過導(dǎo)線與樣品形成串聯(lián)回路，加熱保溫系統(tǒng)包括爐體、加熱元件和熱電偶，樣品置于爐體內(nèi)的樣品臺(tái)上，通過加熱元件供熱，通過熱電偶測(cè)溫。
高溫合金的時(shí)效過程是γ′相的長(zhǎng)大過程，而γ′相的長(zhǎng)大受其形成元素的擴(kuò)散控制，形成元素?cái)U(kuò)散越快，γ′相的生長(zhǎng)速度就越大，時(shí)效處理時(shí)間就越短。在直流電流作用下，通過運(yùn)動(dòng)電子和合金原子間的相互作用，促進(jìn)了原子的擴(kuò)散，從而促進(jìn)γ′相長(zhǎng)大，縮短時(shí)效處理時(shí)間。因此，在直流電流作用下，可以在較短時(shí)間下對(duì)單晶高溫合金進(jìn)行時(shí)效處理，獲得合適尺寸的γ′相。另外，直流電流時(shí)效處理還可以提高γ′相體積分?jǐn)?shù)，得到形狀規(guī)則，分布均勻的γ′相。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、可以促進(jìn)γ′的長(zhǎng)大，縮短處理時(shí)間。如一種鎳基單晶高溫合金在870℃進(jìn)行電時(shí)效處理時(shí)γ′相的尺寸，與常規(guī)處理相比大了二分之一。
2、可以提高γ′相的體積分?jǐn)?shù)。如一種鎳基單晶高溫合金在870℃進(jìn)行電時(shí)效處理時(shí)γ′相的體積分?jǐn)?shù)，與常規(guī)處理相比增加了三個(gè)百分點(diǎn)。
3、可以使γ′相形貌更加規(guī)則，分布更加均勻。
4、在單晶高溫合金處理過程中施加直流電流，可明顯促進(jìn)單晶高溫合金中強(qiáng)化相γ′的生長(zhǎng)，改善組織。
5、本發(fā)明具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、處理質(zhì)量高、處理時(shí)間短、降低能耗等優(yōu)點(diǎn)，可在單晶高溫合金的時(shí)效處理中推廣應(yīng)用。


圖1為直流電流下單晶高溫合金的時(shí)效處理裝置圖。圖中，1直流電源；2導(dǎo)線；3熱電偶；4爐體；5加熱元件；6樣品臺(tái)；7樣品。
圖2為電時(shí)效處理和常規(guī)時(shí)效處理(未施加直流電流)后的γ′相形貌對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明。
圖1為本發(fā)明直流電流下單晶高溫合金的時(shí)效處理裝置圖。從圖1可以看出，本發(fā)明采用的直流電流時(shí)效處理裝置由兩部分組成第一部分是電場(chǎng)作用裝置，由直流電源1、導(dǎo)線2、樣品臺(tái)6和樣品7組成。它的作用是把樣品和直流電源連接，使樣品處于直流電流作用下，電流范圍為0.05-60A。第二部分為加熱保溫系統(tǒng)，由爐體4、加熱元件5和熱電偶3組成。這部分的作用是加熱并保溫樣品，溫度范圍為800-1200℃。
實(shí)施例1把固溶處理后的DD3鎳基單晶高溫合金棒連接到穩(wěn)壓電源兩極上，放入箱式電阻爐內(nèi)加熱到時(shí)效處理溫度，然后開啟連接單晶高溫合金的電源，使直流電流通過單晶高溫合金，在電流作用下進(jìn)行時(shí)效處理。電流密度為20A/cm2，保溫溫度為870℃，保溫時(shí)間為32小時(shí)。
圖2提供了鎳基單晶高溫合金DD3采用本發(fā)明和常規(guī)時(shí)效處理后的γ′相形貌對(duì)比圖，圖2a為常規(guī)時(shí)效處理(未施加直流電流)后的γ′相照片，圖2b為施加20A/cm2直流電流時(shí)效處理后的γ′相照片。對(duì)比可見圖2b中γ′相的尺寸要比圖2a的大，并且形貌更規(guī)則，所以直流電流時(shí)效處理促進(jìn)了γ′相的長(zhǎng)大，使γ′相形貌更加規(guī)則，分布更加均勻。
實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處在于鎳基單晶高溫合金為DD3，電流密度為5A/cm2，保溫溫度為850℃，保溫時(shí)間為100小時(shí)。
實(shí)施例3與實(shí)施例1不同之處在于鎳基單晶高溫合金為DD8，電流密度為50A/cm2，保溫溫度為1090℃，保溫時(shí)間為24小時(shí)。
實(shí)施例4與實(shí)施例1不同之處在于鎳基單晶高溫合金為CMSX-10，電流密度為100A/cm2，保溫溫度為1070℃，保溫時(shí)間為50小時(shí)。
實(shí)施例5與實(shí)施例1不同之處在于鎳基單晶高溫合金為CMSX-10，電流密度為150A/cm2，保溫溫度為1150℃，保溫時(shí)間為10小時(shí)。
與常規(guī)時(shí)效處理相比，直流電流時(shí)效處理促進(jìn)了γ′相的長(zhǎng)大，使γ′相形貌更加規(guī)則，分布更加均勻。
權(quán)利要求
1.一種單晶高溫合金的電時(shí)效處理方法，其特征在于先將經(jīng)固溶處理后的單晶高溫合金兩端連接到直流電源兩極上，放入箱式電阻爐內(nèi)，加熱到時(shí)效處理溫度，然后開啟連接單晶高溫合金的電源，使直流電流通過單晶高溫合金，在電流作用下進(jìn)行時(shí)效處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶高溫合金的電時(shí)效處理方法，其特征在于直流電流作用下的高溫合金時(shí)效處理，電流密度為0.1-150A/cm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單晶高溫合金的電時(shí)效處理方法，其特征在于所述電流密度較佳范圍為5-90A/cm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶高溫合金的電時(shí)效處理方法，其特征在于電時(shí)效處理溫度為合金的使用溫度，保溫時(shí)間為10-100小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單晶高溫合金的電時(shí)效處理方法，其特征在于所述保溫時(shí)間較佳范圍為10-64小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬材料熱處理領(lǐng)域，具體為一種單晶高溫合金的直流電流時(shí)效處理方法。將經(jīng)固溶處理后的單晶高溫合金放入箱式電阻爐內(nèi)加熱到時(shí)效處理溫度，然后開啟連接單晶高溫合金的直流電源，使直流電流通過單晶高溫合金，在電流作用下進(jìn)行時(shí)效處理，電流密度為0.1－150A/cm
文檔編號(hào)C21D10/00GK1974801SQ20051004784
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2005年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月28日
發(fā)明者楊院生, 李應(yīng)舉, 馮小輝, 張宇男, 童文輝, 胡壯麒 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所