真空钎焊后GH4738合金锻件的高温屈服强度提升工艺

摘要

本发明公开了一种真空钎焊后GH4738合金锻件的高温屈服强度提升工艺，属于高温合金热处理技术领域。包括以下步骤：真空钎焊处理：在压强不大于10‑3Pa的真空环境中，从室温升温至1000‑1080℃的钎焊温度，保温10‑30min，充氩气冷却至60℃以下；时效处理分两段：第一段处理温度845±10℃，保温时间4±0.1h，然后空冷至室温；第二段处理温度760±10℃，保温时间4±0.1h，然后空冷至室温。本发明通过提高真空钎焊后合金的冷却速率，缩短时效处理时间，获得了细小弥散分布的γ′强化相，在提升钎焊处理后GH4738合金锻件高温屈服强度方面具有意想不到的效果。其中540℃下屈服强度可达850MPa，较工艺优化前提升了13.6％；760℃下屈服强度可达820MPa，较工艺优化前提升了18.0％。

权利要求

1.真空钎焊后GH4738合金锻件的高温屈服强度提升工艺，其特征在于，包括以下步骤：‑3

步骤1：真空钎焊处理：将GH4738合金锻件在压强不大于10 Pa的真空环境中，从室温升温至1000‑1080℃的钎焊温度，保温10‑30min，充氩气冷却至60℃以下；

步骤2：时效处理为两段式：第一段处理温度845±10℃，保温时间4±0.1h，然后空冷至室温；第二段处理温度760±10℃，保温时间4±0.1h，然后空冷至室温；

步骤1中所述的升温速率为5‑15℃/min；

步骤1中所述充氩气冷却时，回充气体压强为1.5‑1.7bar；

步骤1中所述充氩气冷却时，回充气体后立即启动设备内的搅拌风扇以提升冷速；

热处理后得到的GH4738合金锻件540℃下屈服强度达850MPa；760℃下屈服强度达

820MPa。

说明书

真空钎焊后GH4738合金锻件的高温屈服强度提升工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种真空钎焊后GH4738合金锻件的高温屈服强度提升工艺，属于高温合金热处理技术领域。

背景技术

[0002] 高温合金通常指以第Ⅷ主族元素(铁、钴、镍等)为基体材料，加入大量强化元素而形成的一类合金。高温合金能够在650℃以上长期使用，具有良好的抗氧化、抗腐蚀性能，优
异的拉伸、持久、疲劳性能和长期组织稳定性等综合性能，目前广泛应用于航空发动机、燃
气轮机等热端部件。在众多的高温合金体系中，镍基变形高温合金由于具有良好的高温锻
造性能以及综合性能而广泛应用于各种高性能发动机热端旋转部件。

[0003] GH4738合金作为一种常用的镍基变形高温合金，其在760℃以下具有高的拉伸和持久强度，在870℃以下具有良好的抗氧化性能。该合金的优点是良好的强韧化匹配，在拥
有高强度的同时具有足够的韧性，是一种重要的变形高温合金材料。

[0004] 某型号航空发动机导叶内环与封严用蜂窝结构在加工制造时需采用真空钎焊技术实现连接，其中导叶内环所用材料为GH4738镍基高温合金，开坯后经多火模锻加工而成。
由于钎焊保温过程中需要使钎料熔化并完全润湿焊缝，导致钎焊保温温度高于1000℃，接
近合金内γ′相完全回溶温度，因此真空钎焊过程对合金本体而言相当于一次固溶处理。

[0005] 目前GH4738合金锻件的热处理工艺多采用合金手册上的标准热处理工艺，即固溶+淬火+标准双时效(845℃稳定化处理+760℃时效处理)。但这种两阶段的时效处理制度是
针对在大气环境中进行固溶处理的GH4738合金制定的，并不适用于钎焊后的合金。在合金
进行标准热处理时，固溶处理之后的合金冷速较快，以抑制冷却过程中γ′相的析出长大，
在之后的标准双时效处理过程中进一步调控γ′相的含量和尺寸，以优化合金力学性能。而
对于真空钎焊处理后的GH4738合金锻件而言，由于钎焊在真空环境下进行，钎焊完成后的
合金无法快速从炉中取出导致合金自身冷速相对较慢，焊后冷却过程中γ′相尺寸增加明
显，后续进行标准双时效处理会导致γ′相尺寸过大。

[0006] GH4738合金真空钎焊+标准双时效处理后较大尺寸的γ′相分布会降低其析出强化效果，进而降低合金的高温屈服强度值，远不及经标准热处理制度处理后的GH4738合金。
因此，有必要开发一种新的热处理工艺以提高真空钎焊后GH4738合金锻件的高温屈服强
度，确保其在高温环境下的服役安全性。

发明内容

[0007] 鉴于上述分析，本发明旨在提供一种真空钎焊后GH4738合金锻件的高温屈服强度提升工艺，用以解决现有的真空钎焊及时效处理后合金高温屈服强度下降，难以满足技术
要求的问题。

[0008] 本发明所述的一种真空钎焊后GH4738合金锻件的高温屈服强度提升工艺，其特征在于包括以下步骤：

[0009] 步骤1：真空钎焊处理：将GH4738合金锻件在压强不大于10‑3Pa的真空环境中，从室温升温至1000‑1080℃的钎焊温度，保温10‑30min，充氩气冷却至60℃以下；

[0010] 步骤2：时效处理为两段式：第一段处理温度845±10℃，保温时间4±0.1h，然后空冷至室温；第二段处理温度760±10℃，保温时间4±0.1h，然后空冷至室温。

[0011] 进一步地，步骤1中所述的升温速率为5‑15℃/min。

[0012] 进一步地，步骤1中所述充氩气冷却时，回充气体压强为1.5‑1.7bar。

[0013] 进一步地，步骤1中所述充氩气冷却时，回充气体后立即启动设备内的搅拌风扇以提升冷速。

[0014] 进一步地，本发明工艺可以使热处理后得到的GH4738合金锻件540℃下屈服强度可达880MPa；760℃下屈服强度可达820MPa。

[0015] 本发明的有益效果是：

[0016] 1.本发明提供的真空钎焊后GH4738合金锻件的高温屈服强度提升工艺，在压强不‑3
大于10 Pa的真空环境中，从室温升温至1000‑1080℃的钎焊温度并保温10‑30min。将钎焊
保温时间控制在30min以内，既保证了γ′强化相在保温过程中充分回溶，又削弱了基体内
晶粒的长大倾向，从而获得了较细的晶粒组织，保证了钎焊处理之后合金良好的晶界强化
效果。

[0017] 2.本发明提供的真空钎焊后GH4738合金锻件的高温屈服强度提升工艺，在真空固溶处理之后的冷却阶段回充1.5‑1.7bar氩气的同时，启动设备内的搅拌风扇强化对流冷
却，提高合金本体的冷却速率。该方法提供的冷却速率较快，既保证了γ′相的大量形核，有
充分抑制了γ′相的长大，为后续时效过程中对γ′相尺寸的进一步调控打好基础。

[0018] 3.本发明提供的真空钎焊后GH4738合金锻件的高温屈服强度提升工艺，第二段时效处理温度760±10℃，保温时间4±0.1h。不同于标准热处理制度中的时效16h，本发明通
过缩短时效处理时间，降低γ′相在时效过程中的长大倾向。该时效工艺与真空钎焊处理之
间匹配良好，有利于得到细小弥散分布的γ′相，提升析出强化效果。热处理后GH4738合金
锻件540℃下屈服强度可达850MPa，较工艺优化前提升了13.6％；760℃下屈服强度可达
820MPa，较工艺优化前提升了18.0％。

附图说明

[0019] 图1是实施例1经过真空钎焊+时效处理后合金内γ′相的分布。

[0020] 图2是对比例1经过真空钎焊+传统双时效处理后合金内γ′相的分布。

具体实施方式

[0021] 以下结合具体实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明
的目的，而不是对本发明的限制。其中，实施例和对比例中所述合金具体为同一批次原料制
成的尺寸为 的GH4738合金锻件，成分如表1所示。

[0022] 表1实施例和对比例中所用GH4738合金成分

[0023]成分 C Cr Co Mo Ti Al Zr B Ni
含量wt.％ 0.05 19.25 14.10 4.05 2.85 1.49 0.05 0.008 余量

[0024] 本发明实施例提供了一种真空钎焊后GH4738合金锻件的高温屈服强度提升工艺，包括：

[0025] 在压强不大于10‑3Pa的真空环境中，从室温升温至1000‑1080℃的钎焊保温温度，保温10‑30min，充气冷却；随后进行两步时效：第一段处理温度845±10℃，保温时间4±
0.1h，然后空冷至室温；第二段处理温度760±10℃，保温时间4±0.1h，然后空冷至室温。

[0026] 具体地，本发明实施例所述的GH4738合金锻件采用多火模锻加工方法制得。

[0027] 本发明实施例提供的真空钎焊后GH4738合金锻件的高温屈服强度提升工艺，在压‑3
强不大于10 Pa的真空环境中，从室温升温至1000‑1080℃，保温10‑30min，通过在钎焊温度
短时间保温，既达到了固溶处理过程中γ′相向基体回溶的目的，又削弱了基体内晶粒的长
大倾向，得到的细小晶粒有利于保证热处理之后良好的晶界强化效果；固溶处理之后通
1.5‑1.7bar氩气的同时打开设备内部的搅拌风扇，既保证了γ′相的大量形核，有充分抑制
了γ′相的长大；在随后的时效处理阶段，合金在温度845±10℃，保温时间4±0.1h，然后在
温度760±10℃，保温时间4±0.1h，在已有的基体上使γ′相充分析出，通过控制强化相的
尺寸获得了良好的力学性能匹配，在提升合金高温屈服强度方面具有意想不到的效果；经
过上述热处理后获得的GH4738合金锻件540℃下屈服强度可达850MPa，较工艺优化前提升
了13.6％；760℃下屈服强度可达820MPa，较工艺优化前提升了18.0％。

[0028] 实施例中所述的GH4738合金锻件采用多火模锻加工方法制得，在精确控制合金锻件外形尺寸的同时，得到了具有细小等轴晶的基体组织。此外，实施例中，所述充气冷却，包
括：回充氩气的压强为1.5‑1.7bar，同时打开设备内部的搅拌风扇，冷却至60℃以下后出炉
空冷。回充符合要求压力的氩气并开风扇加快了合金锻件的冷却，缩短了固溶后的冷却时
间，增加γ′相形核率的同时降低了γ′相在冷却过程中的长大倾向。

[0029] 具体地，所述热处理后的GH4738合金锻件540℃下屈服强度可达850MPa，较工艺优化前提升了13.6％；760℃下屈服强度可达820MPa，较工艺优化前提升了18.0％。

[0030] 以下为本发明的具体实施例：

[0031] 实施例1

[0032] 以多火模锻加工而成的尺寸为 的GH4738合金锻件为例。

[0033] 首先将GH4738合金锻件置于真空热处理炉内进行真空钎焊处理：抽真空至炉内压‑3
强不大于10 Pa，再以10℃/min的速率从室温升温至1040℃，保温20min，回充1.6bar氩气的
同时立即启动设备内的搅拌风扇快速冷却，至60℃以下后出炉空冷。

[0034] 真空钎焊处理之后进行两段式时效处理：第一段处理温度845℃，保温时间4h，然后空冷至室温；第二段处理温度760℃，保温时间4h，然后空冷至室温。热处理后合金微观组
织如图1所示，细小弥散分布的二次γ′相与尺寸较大的一次γ′相匹配良好，合金力学性能
良好，在提升合金高温强度方面具有意想不到的效果。

[0035] 对比例1

[0036] 按照实施例1中的方法进行，不同之处在于：

[0037] 固溶处理：将与实施例1中相同成分和规格的GH4738合金锻件固溶处理后，先随炉冷却到850℃，之后通1.0bar氩气冷至80℃以下后出炉空冷；

[0038] 时效处理：固溶处理后的GH4738合金锻件在845℃下保温4h，炉冷至760℃，保温16h，空冷至室温。热处理后的合金微观组织如图2所示。

[0039] 热处理后的合金锻件力学性能结果见表2，其中所述批次一、批次二是指按照实施例1中的参数进行试验的产品批次。

[0040] 表2 GH4738合金锻件力学性能检测结果

[0041]

[0042]

[0043] 表2所提供的按照实施例1工艺进行的多批次试验结果显示，合金高温屈服强度稳定，且符合采用本发明公开的热处理方法后所能达到的有益效果。

[0044] 除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形式的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。