專利名稱：?jiǎn)尉Ц邷睾辖鹬绷麟娏鞴倘芴幚矸椒ㄅc裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料熱處理領(lǐng)域，具體為單晶高溫合金的直流電流固溶處理方法與裝置。
背景技術(shù)：
高溫合金于20世紀(jì)40年代問(wèn)世，由于其在高溫條件下表現(xiàn)出的優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用到航空、航天、核工程、能源交通、石油化工、冶金等領(lǐng)域。特別是單晶高溫合金力學(xué)性能優(yōu)越，單晶高溫合金渦輪葉片為先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)所采用。單晶高溫合金采用定向凝固技術(shù)制備，然后進(jìn)行固溶處理和時(shí)效處理才能使用。高溫合金固溶處理的目的是將單晶高溫合金凝固過(guò)程中析出的第二相(γ′相)盡量溶入基體中，以得到單相組織，給以后的時(shí)效沉淀析出均勻細(xì)小的強(qiáng)化相做準(zhǔn)備；另外是消除溶質(zhì)原子偏析，達(dá)到均勻化。所以，固溶處理過(guò)程是原子擴(kuò)散以及相溶解的過(guò)程，固溶處理效果與溶質(zhì)原子擴(kuò)散系數(shù)、偏析程度、枝晶間距以及固溶溫度和處理時(shí)間有關(guān)，提高固溶溫度使溶質(zhì)原子擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)大可以加速均勻化過(guò)程，在通常工藝條件下，需要在很高的溫度下長(zhǎng)時(shí)間處理才能實(shí)現(xiàn)。
隨著單晶高溫合金的發(fā)展，合金中W、Mo、Re等難熔合金元素含量不斷增加，使得溶質(zhì)原子均勻化更加困難，其結(jié)果是在固溶處理時(shí)需要更高的處理溫度和更長(zhǎng)的處理時(shí)間，不僅增加了固溶處理的成本，也容易使合金在固溶處理過(guò)程中受到氧化。最近，國(guó)外對(duì)固溶處理的溫度和時(shí)間參數(shù)進(jìn)行了研究，如G.E.Fuchs在對(duì)鎳基單晶高溫合金CMSX-10的固溶處理做了研究(Materials Science andEngineering A，2001年第300期52頁(yè))，他發(fā)現(xiàn)在單晶凝固過(guò)程中造成的化學(xué)元素偏析必須在1340℃更高的溫度才能被消除，特別是W和Re在枝晶干的偏析必須在1360℃以上才能被消除。因此，改進(jìn)固溶處理方法以降低固溶處理溫度或縮短處理時(shí)間，成為單晶高溫合金制備需要解決的問(wèn)題。但是，直到現(xiàn)在，還沒(méi)有一種有效的方法來(lái)加速單晶高溫合金固溶處理的溶質(zhì)原子均勻化過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對(duì)現(xiàn)有單晶高溫合金固溶處理工藝存在的不足，提供一種解決單晶高溫合金固溶處理溫度高、時(shí)間長(zhǎng)的單品高溫合金直流電流固溶處理方法與裝置。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種單晶高溫合金直流電流固溶處理方法，先將通過(guò)定向凝固技術(shù)制備的鑄態(tài)單晶高溫合金兩端連接到直流電源兩極上，放入臥式電阻爐內(nèi)加熱到固溶處理溫度，然后使連接單晶高溫合金的電源開(kāi)啟，使直流電流通過(guò)單晶高溫合金，在電流作用下進(jìn)行固溶處理。電流密度為0.1-100A/cm2(較佳范圍為5-30A/cm2)，固溶處理加熱溫度在γ′相溶解溫度和合金熔點(diǎn)之間選擇，保溫時(shí)間為0.25-46小時(shí)(較佳范圍為2-32小時(shí))。
一種單晶高溫合金直流電流固溶處理裝置，該裝置包括直流穩(wěn)壓電源、加熱保溫系統(tǒng)、樣品和導(dǎo)線，直流穩(wěn)壓電源通過(guò)導(dǎo)線與樣品形成串聯(lián)回路，樣品置于加熱保溫系統(tǒng)中。
所述加熱保溫系統(tǒng)包括爐體、加熱元件和熱電偶，樣品置于加熱保溫系統(tǒng)的爐體內(nèi)，通過(guò)加熱元件供熱，通過(guò)熱電偶測(cè)溫。
在直流電流作用下，通過(guò)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，縮短γ′相的溶解時(shí)間，降低γ′相溶解溫度，從而促進(jìn)組織均勻化，減小元素的偏析。因此，在直流電流作用下，可以在較低溫度或較短時(shí)間下對(duì)單晶高溫合金進(jìn)行固溶處理。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、可以降低固溶處理溫度。如一種鎳基單晶高溫合金固溶處理溫度可以降低20℃，在1230℃下經(jīng)直流電流固溶處理后，其均勻化程度與在1250℃常規(guī)處理后的效果相當(dāng)。
2、可以縮短固溶處理時(shí)間。如一種鎳基單晶高溫合金在1250℃進(jìn)行電固溶處理時(shí)γ′相的溶解時(shí)間，與常規(guī)處理相比可縮短三分之二。


圖1為直流電流下單晶高溫合金的固溶處理裝置圖。圖中，1直流穩(wěn)壓電源；2爐體；3加熱元件；4熱電偶；5樣品；6導(dǎo)線。
圖2為本發(fā)明和常規(guī)固溶處理(未施加直流電流)后W元素的分布對(duì)比圖。
圖3為本發(fā)明和常規(guī)固溶處理(未施加直流電流)后顯微組織的對(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(shuō)明。
圖1為本發(fā)明直流電流下單晶高溫合金的固溶處理裝置圖。從圖1可以看出，本發(fā)明采用的直流電流固溶處理裝置由三部分組成第一部分是直流穩(wěn)壓電源1，目的是產(chǎn)生大的直流電流。第二部分為加熱保溫系統(tǒng)，由爐體2、加熱元件3和熱電偶4組成。這部分的作用是加熱并保溫樣品。溫度范圍為800-1400℃，保溫時(shí)間為0.25-46小時(shí)。溫度由可控硅調(diào)節(jié)，控溫精度為±2℃。第三部分為電場(chǎng)作用裝置，由樣品5和導(dǎo)線6組成，它的作用是使樣品處在電流作用下，電流密度為0.1-100A/cm2。
實(shí)施例1把一種鎳基單晶高溫合金(DD3)棒連接到穩(wěn)壓電源兩極上，放入臥式電阻爐內(nèi)加熱到固溶處理溫度，然后使連接單晶高溫合金的電源開(kāi)啟，使直流電流通過(guò)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5A/cm2，保溫溫度為1220℃，保溫時(shí)間為4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)固溶處理后W元素的分布對(duì)比圖。圖2a為未施加直流電流固溶處理的W元素面分布圖，圖2b為施加直流電流固溶處理的W元素面分布圖。對(duì)比可見(jiàn)，圖2b中的W元素分布更加均勻。所以，直流電流固溶處理促進(jìn)了元素分布均勻化。
實(shí)施例2把DD3鎳基單晶高溫合金棒連接到穩(wěn)壓電源兩極上，放入臥式電阻爐內(nèi)加熱到固溶處理溫度，然后使連接單晶高溫合金的電源開(kāi)啟，使直流電流通過(guò)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5A/cm2，保溫溫度為1250℃，保溫時(shí)間為0.5小時(shí)。
圖3提供了鎳基單晶高溫合金DD3采用本發(fā)明和常規(guī)固溶處理后顯微組織的對(duì)比圖。圖3a為常規(guī)固溶處理(未施加直流電流)后顯微組織的掃描電鏡照片，圖3b為施加直流電流固溶處理的掃描電鏡照片。圖3a中有大量的末溶解的大的γ′相顆粒，而圖3b中則沒(méi)有，可見(jiàn)直流電流固溶處理加速了γ′相的溶解。
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100A/cm2，保溫溫度為1230℃，保溫時(shí)間為2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50A/cm2，保溫溫度為1315℃，保溫時(shí)間為46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30A/cm2，保溫溫度為1360℃，保溫時(shí)間為24小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種單晶高溫合金直流電流固溶處理方法，其特征在于先將通過(guò)定向凝固技術(shù)制備的鑄態(tài)單晶高溫合金兩端連接到直流電源兩極上，放入臥式電阻爐內(nèi)加熱到固溶處理溫度，然后使連接單晶高溫合金的電源開(kāi)啟，使直流電流通過(guò)單晶高溫合金，在電流作用下進(jìn)行固溶處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶高溫合金直流電流固溶處理方法，其特征在于直流電流作用下的高溫合金固溶處理，電流密度為0.1-100A/cm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單晶高溫合金直流電流同溶處理方法，其特征在于所述電流密度較佳范圍為5-30A/cm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶高溫合金直流電流固溶處理方法，其特征在于直流電流作用下的高溫合金固溶處理，固溶處理溫度在γ相溶解溫度和合金熔點(diǎn)之間，保溫時(shí)間為0.25-46小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單晶高溫合金直流電流固溶處理方法，其特征在于所述保溫時(shí)間較佳范圍為2-32小時(shí)。
6.一種單晶高溫合金直流電流固溶處理裝置，其特征在于該裝置包括直流穩(wěn)壓電源(1)、加熱保溫系統(tǒng)、樣品(5)和導(dǎo)線(6)，直流穩(wěn)壓電源(1)通過(guò)導(dǎo)線(6)與樣品(5)形成串聯(lián)回路，樣品(5)置于加熱保溫系統(tǒng)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的單晶高溫合金直流電流固溶處理裝置，其特征在于所述加熱保溫系統(tǒng)包括爐體(2)、加熱元件(3)和熱電偶(4)，樣品(5)置于加熱保溫系統(tǒng)的爐體(2)內(nèi)，通過(guò)加熱元件(3)供熱，通過(guò)熱電偶(4)測(cè)溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬材料熱處理領(lǐng)域，具體為單晶高溫合金的直流電流固溶處理方法與裝置。先將通過(guò)定向凝固技術(shù)制備的鑄態(tài)單晶高溫合金兩端連接到直流電源兩極上，放入臥式電阻爐內(nèi)加熱到固溶處理溫度，然后使連接單晶高溫合金的電源開(kāi)啟，使直流電流通過(guò)單晶高溫合金，在電流作用下進(jìn)行固溶處理。電流密度為0.1－100A/cm
文檔編號(hào)C21D1/00GK1970799SQ20051004778
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月23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