一種使K417G合金性能恢復的熱處理方法與流程
本發明涉及合金材料熱處理領域，具體為一種使K417G合金性能恢復的熱處理方法，適用于長期使用引起性能衰減的K417G合金材料重新獲得優異性能。
背景技術：
K417G合金是一種高γ′〔Ni3(Al、Ti)〕相含量的時效強化型鎳基鑄造高溫合金，具有優良的綜合性能，主要用于制備航空發動機中的熱端部件。目前應用K417G合金制備的零件主要為鑄造后，不再進行熱處理，加工后直接使用。在高溫長時間服役后，合金中的主要強化相γ′發生粗化、晶界寬化、碳化物分解，造成零件性能逐漸降低。一般零件在使用一段時間后只能報廢處理，由新的精鑄件替換相關零件，會大大增加發動機的維護成本。
對于組織衰變的材料，需要將各種粗化組織回溶，進行歸一化處理，再結合適當的時效處理以控制強化相的分布狀態，才有可能實現合金的性能恢復。回溶粗化組織的熱處理溫度過低則無法有效回溶，溫度過高又容易引起嚴重氧化、晶界液化等問題。高溫處理完的冷卻速率不能過低，否則在冷卻過程中γ′會發生快速粗化，導致強度降低。高溫處理后的合金需要在合適的溫度時效以使晶界析出強化相，否則晶內強度過高容易造成塑性嚴重降低；時效時間過長，成本過高，設備占用率高，不利于推廣應用。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種使長期使用后的K417G合金性能恢復的熱處理方法，從而提高零件利用率。
本發明的技術方案是：
一種使K417G合金性能恢復的熱處理方法，其特征在于，包括如下步驟：
(1)隨爐升溫或到溫裝爐，在1230～1250℃保溫0.1～2h；
(2)保溫結束后以不少于1℃/min的冷速隨爐冷卻；
(3)在750～900℃保溫1～20h，空冷。
所述的使K417G合金性能恢復的熱處理方法，步驟(1)為高溫固溶處理，步驟(3)為時效處理。
所述的使K417G合金性能恢復的熱處理方法，高溫固溶處理后，1000℃以上停留時間不超過5h。
所述的使K417G合金性能恢復的熱處理方法，步驟(1)中，優選在1240℃保溫0.25～1.5h。
所述的使K417G合金性能恢復的熱處理方法，步驟(2)中，隨爐冷卻的冷速優選為3～10℃/min。
所述的使K417G合金性能恢復的熱處理方法，步驟(3)中，優選在800～900℃保溫5～16h。
本發明的設計思想是：
為了建立K417G合金零件的恢復熱處理方法，根據長期使用后合金的組織衰變特征，需要回溶粗化γ′相，并通過冷速和時效處理控制γ′相尺寸和分布，再利用時效處理析出足夠晶界強化相，從而提高綜合性能。
其中，高溫固溶處理溫度要在1230℃以上，否則無法回溶粗化的γ′相，溫度過高則導致嚴重氧化和內部液相區出現。固溶后1000℃以上停留時間不能超過5h，否則γ′相尺寸過大會降低強度；冷速也不能快于空冷，否則晶界或共晶等界面會出現明顯淬火裂紋。在750～900℃時效處理時，如果在800～900℃保溫時間可短些，如果在750℃時間要長些。
本發明的優點及有益效果是：
1、本發明對于組織衰變的K417G，首先采用高溫固溶處理，將粗化的γ′相和M23C6相回溶。再以適當的冷速和時效處理控制晶界和晶內強化相的分布狀態，以實現合金拉伸和持久性能重新恢復。
2、本發明通過簡單熱處理工藝，可使服役長時間的K417G鑄件重新獲得優異的性能，從而延長零件的使用壽命。
附圖說明
圖1為K417G鑄態合金的典型組織；
圖2為長期使用后K417G合金的組織衰變特征；
圖3為在1240℃保溫1h后以100min爐冷到800℃保溫16h空冷樣品的組織；
圖4為在1240℃保溫1h后以100min爐冷到850℃保溫16h空冷樣品的組織；
圖5為在1240℃保溫1h后以100min爐冷到900℃保溫16h空冷樣品的組織；
圖6為在1220℃保溫1h后水冷樣品的組織；
圖7為隨爐升溫在1220℃保溫1h后空冷樣品的組織；
圖8為隨爐升溫在1240℃保溫1h后以100min爐冷到900℃空冷樣品的組織。
具體實施方式
在具體實施過程中，本發明使K417G合金性能恢復的熱處理方法，具體工藝流程為：
(1)將鑄件隨爐升溫或到溫裝爐，將材料在1230～1250℃保溫0.1～1h，充分回溶粗化的γ′相和大量析出的M23C6相；如果對零件處理，最好在真空熱處理爐內利用專用工裝夾具固定零件；
(2)保溫后，冷卻到1000℃以下出爐或降溫至時效保溫溫度(爐冷時間不超過3h，防止冷卻過程中的γ′相長大)；
(3)在750～900℃保溫1～20h，空冷或爐冷，以使合金析出晶界M23C6相。
(4)鑄件性能接近鑄件使用前水平(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，通過對比例和實施例對本發明進一步詳細說明。
對比例1
K417G鑄態合金和900℃時效5000h后拉伸和持久性能如表1所示。相比于鑄態合金，在900℃時效5000h后，K417G合金的抗拉強度已經明顯降低，塑性提高；760℃/645MPa持久壽命都明顯降低，已經低于23h的要求；950℃/235MPa持久壽命都明顯降低，已經低于40h的技術要求。合金的鑄態組織如圖1所示，主要包括一次MC塊狀碳化物、大量細小的γ′相和γ′相共晶組成。900℃時效5000h后組織如圖2所示，合金中γ′相已明顯長大，共晶和MC碳化物周圍析出了較多的塊狀的M23C6相，并伴隨著周圍較多無析出區的出現。900℃時效5000h后的組 織反應了該合金組織衰變的主要特征，本發明后續研究的材料都是組織和性能已經明顯衰變的樣品。
表1、K417G合金鑄態和900℃時效5000h后的力學性能
實施例1
本實施例中，使K417G合金性能恢復的熱處理方法如下：
在1240℃保溫1h后，以100min冷卻到800℃，并在800℃保溫16h后空冷至室溫，樣品的組織如圖3所示。可見，合金的γ′相析出量較大，尺寸較細小，晶界處也有一定M23C6相析出。性能測試結果如表2所示，合金的900℃拉伸強度、760℃和950℃持久性能有明顯提高，獲得了優異的綜合性能優異。
表2在1240℃保溫1h后以100min爐冷到800℃保溫16h空冷樣品的力學性能
實施例2
本實施例中，使K417G合金性能恢復的熱處理方法如下：
在1240℃保溫1h后，以100min冷卻到850℃，并在850℃保溫16h后空冷至室溫，樣品的組織如圖4所示。可見，合金的γ′相析出量較大，尺寸較細小，晶 界處也有一定M23C6相析出。性能測試結果如表3所示，合金的900℃拉伸強度、760℃和950℃持久性能有明顯提高，獲得了優異的綜合性能優異。
表3在1240℃保溫1h后以100min爐冷到850℃保溫16h空冷樣品的力學性能
實施例3
本實施例中，使K417G合金性能恢復的熱處理方法如下：
在1240℃保溫1h后，以100min冷卻到900℃，并在900℃保溫5h后空冷至室溫，樣品的組織如圖5所示。可見，合金的γ′相析出量較大，尺寸較細小，晶界處也有一定M23C6相析出。性能測試結果如表4所示，合金的900℃拉伸強度、760℃和950℃持久性能有明顯提高，獲得了優異的綜合性能優異。
表4在1240℃保溫1h后以100min爐冷到90℃保溫16h空冷樣品的力學性能
對比例2
試樣在1240℃保溫1h后水冷樣品的組織如圖6所示。可見，在固溶處理后直接淬火處理，時效析出γ′相數量較少，并且在晶界等區域存在明顯淬火裂紋，可見固溶后冷卻速度不能太高。
對比例3
試樣隨爐升溫在1220℃保溫1h后空冷樣品的組織如圖7所示。可見，在固溶處理后直接空冷，γ′相尺寸明顯粗于鑄態合金，甚至粗于900℃時效5000h已粗化的組織，說明該條件處理不足以回溶粗化的γ′相，固溶溫度不足。
對比例4
試樣隨爐升溫在1240℃保溫1h后，以100min爐冷到900℃空冷樣品的組織如圖8所示。可見，在固溶處理后，未經一定時間的時效處理而直接空冷，γ′相尺寸雖然較細，但晶界幾乎無任何析出相。經該處理后合金的性能如表5所示，可見合金的900℃拉伸塑性和760℃/645MPa持久壽命較低。
表5、在1240℃保溫1h后以100min爐冷到900℃空冷的力學性能
實施例結果表明，本發明方法可使性能衰減的K417G鑄件重新獲得較高水平的拉伸和持久性能，從而延長鑄件使用壽命。
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