本發(fā)明涉及高溫合金制備，特別涉及一種u520合金的制備方法。

背景技術(shù)：

1、對(duì)于鍛造，雖然工藝目的是為了破碎粗大的組織，提高材料的致密度，但是沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)工藝。特別是對(duì)于總合金含量超過40%的高合金化合金，合金化程度較高，其鍛造工藝的合理制定更是相當(dāng)困難。如果合金再含有鋁和鈦等活潑的金屬元素，易形成大量的金屬間化合物，使鍛造工藝的合理制定更是難上加難。原因在于高合金化材料含有大量的第二相，變形時(shí)，阻礙晶界和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，阻礙再結(jié)晶，引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致開裂。

2、對(duì)于u520合金，其中的γ’相含量超過50%，變形過程中，再結(jié)晶和滑移等過程被γ’相嚴(yán)重抑制，導(dǎo)致變形相當(dāng)困難。最常見的問題就是鍛造開裂。根據(jù)金屬材料的變形機(jī)理，采用gleeble熱模擬實(shí)驗(yàn)，計(jì)算了u520合金的熱加工圖，制定了變形的溫度和應(yīng)變速率。采用壓機(jī)鍛造法實(shí)現(xiàn)了gleeble熱模擬的方案，成功完成了u520合金的鍛造與制備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種u520合金的制備方法，通過對(duì)鍛造溫度、應(yīng)變速率的控制，有效解決了u520合金鍛造開裂問題。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種u520合金的制備方法，包括以下步驟：

3、s1.?對(duì)u520合金進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉；

4、s2.?對(duì)s1所得坯料進(jìn)行電渣重熔；

5、s3.?對(duì)s2所得坯料進(jìn)行均勻化處理；

6、s4.?將s3所得坯料進(jìn)行壓機(jī)壓制鍛造：

7、將s3所得坯料取出，包套后放回爐內(nèi)，保溫；

8、鍛造：對(duì)坯料進(jìn)行壓機(jī)壓制鍛造；其中，壓頭速度為5~12mm/s，應(yīng)變速率≤0.3s-1，單次壓制的變形量為3~8%，這一火次壓制總變形量為5~15%；所述坯料的始鍛溫度為1160~1180℃；終鍛溫度為1080~1120℃；坯料鍛完回爐，待坯料的溫度到達(dá)1180℃后，保溫；

9、重復(fù)與步驟b所述鍛造相同的步驟，直至坯料達(dá)到目標(biāo)尺寸；

10、在鍛造過程中，材料會(huì)受到外力作用而發(fā)生塑性變形。這種變形會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部發(fā)生微觀結(jié)構(gòu)的改變，其中包括晶粒的形變和移動(dòng)。當(dāng)應(yīng)變速率較高時(shí)，變形發(fā)生得更快，這可能會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部出現(xiàn)大的位錯(cuò)密度和局部的應(yīng)力集中區(qū)域。高合金化合金通常含有許多合金元素，這些元素的加入會(huì)導(dǎo)致晶界強(qiáng)度增加、位錯(cuò)活動(dòng)受阻等現(xiàn)象，使得材料更容易發(fā)生開裂。在高速應(yīng)變速率下，這些合金元素?zé)o法充分?jǐn)U散和重新排列，從而導(dǎo)致應(yīng)力集中更加顯著，裂紋更容易形成和擴(kuò)展。而當(dāng)應(yīng)變速率較低時(shí)，變形發(fā)生得更為緩慢，晶粒的位錯(cuò)移動(dòng)和重排更為有序。這樣可以減少晶界和位錯(cuò)的相互干擾，降低材料內(nèi)部的應(yīng)力集中程度。此外，較低的應(yīng)變速率還有助于合金元素更充分地?cái)U(kuò)散和重新排列，從而減少局部組織的不均勻性，提高材料的均勻性和韌性。因此，通過降低應(yīng)變速率，可以減少高合金化合金在鍛造過程中發(fā)生的內(nèi)部應(yīng)力集中和位錯(cuò)堆積，從而降低開裂的傾向。本發(fā)明通過控制變形速率，使材料內(nèi)部的變形更加均勻和有序，從而提高其鍛造過程中的韌性和抗裂性能。

11、s5.?將s4所得坯料冷卻至室溫；

12、s6.?熱處理，得u520合金：

13、所述熱處理的具體操作為：1180℃±10℃第一次保溫2h，空冷至室溫；1080℃±10℃第二次保溫4h，空冷至室溫；845℃±5℃第三次保溫24h，空冷至室溫；760℃±5℃第四次保溫16h，空冷至室溫。

14、u520合金是一種沉淀硬化型合金，其強(qiáng)度主要來源于熱處理過程中析出的沉淀強(qiáng)化相。第一次1180℃高溫保溫處理，是為了使合金元素盡可能地回溶到基體中，消除基體中尺寸較大的第二相，并使合金元素均勻分布在基體中。后面三次在較低的溫度下保溫處理，是為了讓回溶的合金元素再形成化合物，沉淀析出，并盡可能使沉淀相分布均勻，尺寸細(xì)小。這樣，均勻分布的細(xì)小的沉淀相可以很好地提升合金的機(jī)械性能。

15、進(jìn)一步地，s4中，步驟b所述保溫的時(shí)間t=h/100*60min；

16、其中，h為坯料最大處尺寸，單位為mm。

17、進(jìn)一步地，s1中，所述真空感應(yīng)熔煉的具體步驟如下：

18、按質(zhì)量百分比計(jì)，先加入c0.04~0.05%，cr18~20%，co11~13%，w0.9~1.2，mo5.5~6.5%，待完全熔化后，再加入al1.9~2.2%，ti2.9~3.2%，b0.04~0.08%，mg0.01~0.1%，zr0.01~0.05%，ni余量，充氬氣，真空度至1000~3000pa，最后加入re0.5~2.0%，保溫10~30min；其中，所述真空感應(yīng)熔煉的熔化溫度1280~1350℃，真空度0.01~0.1pa。

19、先加入不易燒損的元素，后加入易燒損的元素，最后加入性質(zhì)非常活潑的稀土元素，目的是為了保護(hù)活潑元素不被燒損，使其起到應(yīng)起的作用。

20、優(yōu)選地，加入re前，對(duì)熔化合金底吹氬氣10~20min。

21、通過底吹氬氣，對(duì)金屬熔體中的雜質(zhì)進(jìn)行除氧、除硫、除碳等處理，從而提高金屬的純度和質(zhì)量。另外，re是稀土元素，性質(zhì)非?；顫?，非常容易被燒損，收得率很低。在加入re之前進(jìn)行底部吹氬，可以保護(hù)re不被熔體中的雜質(zhì)消耗，提高re的利用率。

22、進(jìn)一步地，s2中，所述電渣重熔的具體條件為：渣層厚度為0.5~1d，填充比為0.5~0.7；其中d為自耗電極的直徑，所述填充比為自耗電極與結(jié)晶器橫截面積之比。

23、進(jìn)一步地，s3中，所述均勻化處理的具體步驟如下：

24、將s2所得坯料以100~300℃/h的速率從室溫加熱至850℃，保溫7-8小時(shí)；

25、然后以50~200℃/h的速率將坯料從850℃加熱至1050℃，保溫28-30小時(shí)；

26、接著以以30~100℃/h的速率將坯料從1050℃加熱至1180℃，保溫18-20小時(shí)。

27、均勻化處理總的目的是消除不均勻的鑄造組織，獲得均勻的均勻化組織，為鍛造做組織上的準(zhǔn)備。其具體原理如下：

28、1、溫度控制：在熱處理過程中，通過控制加熱設(shè)備的溫度和加熱時(shí)間，使得金屬工件逐漸達(dá)到所需的處理溫度。這可以防止因溫度梯度過大而導(dǎo)致的熱應(yīng)力和組織不均勻。

29、2、時(shí)間控制：溫度均勻化處理通常需要一定的時(shí)間來確保金屬內(nèi)部的溫度達(dá)到均勻狀態(tài)。因此，在加熱過程中需要逐漸增加加熱時(shí)間，以確保整個(gè)工件內(nèi)部的溫度都能達(dá)到所需的處理溫度。

30、3、溫度均衡：一旦金屬工件達(dá)到所需的處理溫度，需要保持一定時(shí)間，使得金屬內(nèi)部的溫度能夠均勻分布并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這有助于金屬內(nèi)部組織的再結(jié)晶和相變等過程，從而實(shí)現(xiàn)組織和性能的均勻化。

31、優(yōu)選地，s5后，還包括軋制處理：所述軋制處理的具體步驟如下：

32、（1）加熱溫度至1160~1180℃，保溫；所述保溫的時(shí)間t=h/100*60min，t為時(shí)間，h為坯料最大尺寸；

33、（2）軋制；應(yīng)變速率控制在0.2~0.5s-1，開軋溫度1150~1170℃，終軋溫度1050~1060℃；

34、（3）回爐退火；退火溫度為1160~1180℃，退火時(shí)間為20~60min；

35、（4）再次軋制，重復(fù)步驟（2）、（3），直至目標(biāo)尺寸。

36、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的具體有益效果如下：

37、（1）解決了u520合金鍛造開裂問題。通過控制鍛造時(shí)的溫度、應(yīng)變速率、變形量等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了高合金化u520合金的鍛造，有效防止了鍛造開裂的問題。

38、（2）均勻化熱處理為鍛造提供了組織均勻的坯料。通過設(shè)計(jì)合理的均勻化熱處理工藝，使合金元素均勻分布，形成的第二相均勻分布，尺寸細(xì)小，為鍛造提供了良好的顯微組織基礎(chǔ)。