本發(fā)明涉及高溫合金零件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種片狀多孔結(jié)構(gòu)單晶高溫合金零件的制備工藝。

背景技術(shù)：
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眾所周知，由于不含有晶界和晶界強化元素，單晶高溫合金的高溫性能和使用溫度較普通等軸晶合金顯著提高。目前，單晶高溫合金已經(jīng)在國外獲得廣泛應(yīng)用，在國內(nèi)的工程化推廣也逐漸開展。作為一類能在高溫、氧化、腐蝕環(huán)境中穩(wěn)定工作的工程材料，高溫合金在能源、化工、航空、航天等領(lǐng)域獲得大量應(yīng)用，所能制備的零件形狀也各式各樣。而有許多零件具有獨特的形狀特征使得單憑鑄造技術(shù)無法實現(xiàn)，必須采用各種機加工手段。

但是對于單晶高溫合金來說，機加工的方法和手段必須要考慮到其對單晶合金本身結(jié)構(gòu)的影響，即是否能夠引發(fā)再結(jié)晶問題，如果出現(xiàn)再結(jié)晶將會導(dǎo)致零件報廢。目前，針對復(fù)雜結(jié)構(gòu)單晶零件的機加工成型工藝仍不成熟，往往導(dǎo)致零件變形或是再結(jié)晶問題。因此，亟需發(fā)展一種制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)單晶合金零件的工藝，解決困擾目前工業(yè)應(yīng)用的實際問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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為了解決目前缺少制備復(fù)雜多孔結(jié)構(gòu)單晶高溫合金零件的成熟有效工藝的問題，本發(fā)明提供了一種片狀多孔結(jié)構(gòu)單晶高溫合金零件的制備工藝，采用該工藝可以成功制備出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的片狀多孔結(jié)構(gòu)零件，有效避免了再結(jié)晶和零件變形等問題，可以推廣應(yīng)用于其他零件的制備。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種片狀多孔結(jié)構(gòu)單晶高溫合金零件的制備工藝，該工藝首先對單晶高溫合金棒材進行高溫?zé)崽幚砗椭袦責(zé)崽幚恚缓笤跓崽幚砗蟮陌舨亩嗣嫔香@孔，鉆孔后的棒材再進行切片處理，最后進行低溫?zé)崽幚恚@得所述片狀多孔結(jié)構(gòu)單晶高溫合金零件。該工藝具體包括如下步驟：

(1)對單晶高溫合金棒材依次進行高溫?zé)崽幚砗椭袦責(zé)崽幚恚渲校核龈邷責(zé)崽幚頌椋禾幚頊囟?300-1315℃，處理時間4小時；所述中溫?zé)崽幚頌椋禾幚頊囟?050-1150℃，處理時間4小時；

(2)棒材鉆孔：采用普通車床對經(jīng)步驟(1)熱處理后的棒材進行外緣加工，車削加工控制進刀量不大于0.05mm；然后采用數(shù)控銑床在棒材端面上進行鉆孔，鉆孔方向與棒材軸向一致，鉆孔過程中進行冷卻，避免零件鉆孔位置過熱；

(3)切片處理：采用電火花加工機床對棒材進行切片處理，將棒材切割成厚度1.1mm片狀樣品，片狀樣品表面粗糙度≤Ra 0.8μm；采用手工打磨方式小心去除樣品邊緣金屬毛刺，不允許破壞零件邊緣外形。

(4)磨削處理：采用磨床對片狀樣品的兩個平面進行磨削處理，去除樣品表面的機加痕跡，并便樣品達到所需厚度，平行度不大于0.01mm，表面粗糙度≤Ra0.8μm；采用手工打磨方式去除樣品邊緣毛刺；采用丙酮對機加后的樣品進行超聲清洗15min后，再進行步驟(5)。

(5)低溫?zé)崽幚恚簩⒔?jīng)步驟(4)處理后的樣品進行低溫?zé)崽幚恚幚頊囟?70℃，處理時間16-24小時，即得到所述片狀多孔結(jié)構(gòu)單晶高溫合金零件。

上述步驟(1)中，所述單晶高溫合金棒材是采用定向凝固技術(shù)制備而成。

上述步驟(1)中，采用電子背散射衍射技術(shù)測定棒材軸向晶向，確保用于制備零件的單晶高溫合金棒材其晶向與[001]晶向偏差不大于15°。

本發(fā)明中，所述單晶高溫合金為鎳基單晶高溫合金。

本發(fā)明中，所述片狀多孔結(jié)構(gòu)單晶高溫合金零件的片層厚度為0.5-2mm。

本發(fā)明設(shè)計原理如下：

通過高溫?zé)崽幚恚沟脝尉Ц邷睾辖鹪艰T造態(tài)中形成的共晶等組織溶解，同時盡可能消除合金元素的枝晶偏析，從而使得材料的組織和成分實現(xiàn)均勻化；通過中溫?zé)崽幚硎沟煤辖饍?nèi)發(fā)生固態(tài)相變，析出沉淀強化相，提高合金強度；低溫?zé)崽幚淼淖饔檬鞘购辖饍?nèi)析出更加細小沉淀相，同時使得中溫?zé)崽幚磉^程中析出的沉淀相進一步獲得長大或調(diào)整其尺寸，從而獲得性能更高的材料。如果機加之前單晶合金經(jīng)過高溫、中溫、低溫全套熱處理，則合金強度明顯提高，使得機加過程變形困難，造成零件內(nèi)部形成較大殘余應(yīng)力，這些殘余應(yīng)力可能導(dǎo)致零件使用過程中的再結(jié)晶。如果將機加工過程安排在低溫?zé)崽幚碇埃藭r材料強度相對較低，容易加工，零件內(nèi)部殘余應(yīng)力較低，可以避免零件在低溫?zé)崽幚砑耙院蟮氖褂眠^程中的再結(jié)晶問題。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明使用機加工和三級熱處理對單晶高溫合金進行冷熱處理加工，獲得優(yōu)異微觀組織結(jié)構(gòu)，并可以成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁零件。

2、本發(fā)明針對薄壁多孔復(fù)雜結(jié)構(gòu)單晶高溫合金零件，采用熱處理強化和機加工處理等手段，為制備特殊復(fù)雜結(jié)構(gòu)單晶高溫合金零件提供了嶄新途徑，可以有效解決鑄造方法難以成型的單晶零件的制備問題。

附圖說明：

圖1為實施例1工藝方案技術(shù)路線。

圖2為實施例1工藝方案制備樣品照片。

圖3為對比例1工藝方案技術(shù)路線。

圖4為對比例1工藝方案產(chǎn)生的再結(jié)晶。

具體實施方式：

以下結(jié)合附圖及實施例詳述本發(fā)明。

本發(fā)明為片狀多孔結(jié)構(gòu)單晶高溫合金零件的制備工藝，該工藝是采用定向凝固技術(shù)制備完整的單晶高溫合金棒材，棒材直徑20mm，采用電子背散射衍射技術(shù)測定棒材軸向晶向，確保用于制備零件的單晶棒材其晶向與[001]晶向偏差不大于15°。

首先，采用高溫馬弗爐對單晶高溫合金棒材進行高溫?zé)崽幚砗椭袦責(zé)崽幚恚蝗缓螅捎密嚧矊尉Ц邷睾辖鸢舨倪M行外緣加工，車削加工要控制進刀量不大于0.05mm。采用數(shù)控銑床在棒材端面鉆孔，應(yīng)注意加強冷卻，避免零件鉆孔位置過熱。

采用電火花加工機床對棒材進行切片處理，將棒材切割成厚度1.1mm圓片，切片表面粗糙度Ra≤0.8μm。采用手工打磨方式小心去除圓片邊緣金屬毛刺，不允許破壞零件邊緣外形。

采用磨床對圓片端面進行磨削處理，去除零件端面表面的機加痕跡，并確保零件厚度達到1mm，平行度不大于0.01mm，表面粗糙Ra為0.8μm。采用手工打磨方式小心去除圓片邊緣毛刺，后采用丙酮對機加后的零件進行超聲清洗15min。

最后，對清洗后的零件進行低溫?zé)崽幚恚吹玫剿璧钠瑺罱Y(jié)構(gòu)單晶高溫合金零件，將制備好的零件進行包裝。

實施例1

本實施例是制備鎳基單晶高溫合金片狀多孔結(jié)構(gòu)零件，其工藝流程如圖1所示。具體過程如下：

所用鎳基單晶高溫合金是DD408，其主要成分為(wt.％)：Cr：15.5～16.5％，Co：8.0～9.0％，W：5.6～6.4％，Al：3.6～4.2％，Ti：3.6～4.2％，Ta：0.7～1.2％，Ni：余量。

首先將單晶高溫合金棒材依次進行高溫?zé)崽幚砗椭袦責(zé)崽幚恚谄胀ǜ邷伛R弗爐中進行，其中：所述高溫?zé)崽幚頊囟?310℃，處理時間4小時；所述中溫?zé)崽幚頊囟?100℃，處理時間4小時。

熱處理強化后的單晶棒材的外圓面進行車削加工，車削加工要控制進刀量不大于0.05mm。采用數(shù)控銑床在棒材端面鉆孔，鉆孔位置按零件圖紙要求，并應(yīng)注意加強冷卻，避免零件鉆孔位置過熱。

采用電火花加工機床對棒材進行切片處理，將棒材切割成厚度1.1mm圓片，切片表面粗糙度Ra為0.8μm。采用手工打磨方式小心去除圓片邊緣金屬毛刺，不允許破壞零件邊緣外形。

采用磨床對圓片端面進行磨削處理，去除零件端面表面的機加痕跡，并確保零件厚度達到1mm，平行度不大于0.01mm，表面粗糙Ra為0.8μm。采用手工打磨方式小心去除圓片邊緣毛刺，后采用丙酮對機加后的零件進行超聲清洗15min。

機加工后的零件進行低溫?zé)崽幚恚瑹崽幚磉^程在真空熱處理爐中進行，避免零件的氧化。低溫?zé)崽幚頊囟?70℃，處理時間20小時。

本實施例制備的片狀多孔零件如圖2所示，在使用過程中未出現(xiàn)邊緣再結(jié)晶問題，完全滿足使用要求。

對比例1

本例是制備鎳基單晶高溫合金DD408片狀多孔結(jié)構(gòu)零件，其工藝流程如圖3所示。與實施例1不同之處如下：

首先將單晶高溫合金棒材進行熱處理強化。熱處理在高溫馬弗爐中進行，熱處理分為三級處理，依次為高溫?zé)崽幚怼⒅袦責(zé)崽幚砗偷蜏責(zé)崽幚恚渲校核龈邷責(zé)崽幚頊囟?310℃，處理時間4小時；所述中溫?zé)崽幚頊囟?100℃，處理時間4小時；所述低溫?zé)崽幚頊囟?70℃，處理時間20小時。

熱處理強化后的單晶棒材的外圓面進行車削加工，車削加工要控制進刀量不大于0.05mm。采用數(shù)控銑床在棒材端面鉆孔，鉆孔位置按零件圖紙要求，并應(yīng)注意加強冷卻，避免零件鉆孔位置過熱。

采用電火花加工機床對棒材進行切片處理，將棒材切割成厚度1.1mm圓片，切片表面粗糙度Ra為0.8μm。采用手工打磨方式小心去除圓片邊緣金屬毛刺，不允許破壞零件邊緣外形。

采用磨床對圓片端面進行磨削處理，去除零件端面表面的機加痕跡，并確保零件厚度達到1mm，平行度不大于0.01mm，表面粗糙Ra為0.8μm。采用手工打磨方式小心去除圓片邊緣毛刺，后采用丙酮對機加后的零件進行超聲清洗15min。

本例制備的片狀多孔零件在使用過程中出現(xiàn)了邊緣再結(jié)晶問題(圖4)，這由于機加工后的零件內(nèi)部存在大量的內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致。