HBZ 140-2004 航空用高温合金热处理工艺.pdf

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1、HB中华人民共和国航空行业标准FL 0180HB/Z 140一2004代替HB/Z 140一1989航空用高温合金热处理工艺Heat treatment of superalloy for aviation2004 02一16发布2004一06一01实施国防科学技术工业委员会发布HB/7. 140一2004前言本指导性技术文件代替HB/Z 140一1989航空用高温合金热处理工艺说明书。本指导性技术文件与HB/Z 140一1989相比主要技术内容变化如下:a明确和提高了时效处理、去应力退火处理使用加热炉的要求;b)取消了HB/Z 140一1989中GH1132, GH1334, GH2018,

2、 GH2130, GH2136, GH4032, GH4043,K211,K214,K419等航空行业已长期不使用的9个合金牌号;增加了52个已在航空上正式使用或已通过鉴定、正在或准备在航空上推广应用的高温合金牌号的热处理工艺制度;c)对变形高温合金改变了HB/Z 140一1989按零件成形工艺进行热处理分类的方法，采用按强化机理分类，给出每个牌号合金不同成形工艺的制件热处理制度。对铸造高温合金增加了定向凝固柱晶和单晶高温合金的热处理工艺制度。本指导性技术文件由中国航空工业第一集团公司提出。本指导性技术文件由中国航空综合技术研究所、北京航空材料研究院归口。本指导性技术文件起草单位:460厂、北

3、京航空材料研究院、430厂、331厂。本指导性技术文件主要起草人:刘元春、徐永涛、杨培钦、张善庆、刘宏斌、罗学章、王哗。本指导性技术文件于1989年5月13日首次发布。HB/Z 140一2004航空用高温合金热处理工艺范围本指导性技术文件规定了航空用高温合金热处理的基本类型、设备、工艺过程控制、焊接组合件的热处理、热处理工艺制度、质量控制及检验等。本指导性技术文件适用于航空用高温合金及其制件的热处理。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本指导性技术文件的引用而成为本指导性技术文件的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包含勘误的内容)或修订版均不适用于本指导性技术文件，然而，鼓励根

4、据本指导性技术文件达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本指导性技术文件。HB 5013热处理制件检验类别HB 5354热处理工艺质量控制3热处理基本类型高温合金采用的热处理基本类型如下:a)固溶处理;b)时效处理;c)退火;d)中间退火;e)去应力退火;f)均匀化处理。4设备4.1加热设备4.1.1高温合金热处理可采用空气电阻炉、保护气氛炉、真空炉等加热炉。加热炉的分类及要求按HB 5354的规定执行。高温合金固溶处理、退火、中间退火、均匀化处理应采用不低于111类加热炉，对时效处理和去应力退火推荐采用II类加热炉，在能保证设计或工艺要求时，

5、允许采用II(类加热炉。4.1.2热处理后，如果制件全部表面要进行机械加工或去除氧化皮时，可在空气炉中进行热处理。4.1.3当高温合金制件有表面质量要求或无加工余量时，热处理应使用保护气氛炉或真空炉。4.1.4保护气氛炉的炉内气氛应能控制和调节。导人炉内的气氛不允许直接冲刷制件。不允许加热介质含有对制件有害的成分和使制件表面产生超过技术条件规定深度的脱碳、增氮和腐蚀等现象。4.1.5允许便用惰性气体或氮气作为保护气体，采用相应的设备应符合HB 5354的要求。对于镍基高温合金热处理使用氮气作为保护气体时，仅允许在不高于或等于770下使用。4.2冷却设备高温合金热处理淬火槽的要求应符合HB 53

6、54的规定。4.3清洗和清理设备tHB/Z 140一2004清洗和清理设备应符合HB 5354的要求。5.1工艺过程控制装炉前制件表面要求及工装要求5.1.1高温合金制件人炉前，应无焊药、酸、碱、盐、非保护性涂料和玻璃润滑剂等污物;无加工余量或加工余量小于0. 3mm的制件人炉时，应无指印、切削液、渗透检验液、标记液、水等其它杂质。5.1.2热处理夹具接触制件部分应具有与热处理制件相同的清洁要求。在真空热处理时，还需防止夹具在高温及高真空下同制件发生粘连现象。5.1.3制件工装夹具的材料应采用饱和蒸汽压低的材料，以防止产生真空蒸镀现象污染炉膛及制件。5.2装炉及预热5.2.1热处理制件的摆放和

7、装炉量要适当，应能使炉内气氛在制件内外表面自由循环。5.2.2热处理制件的排列，应使全部装炉制件均匀地加热，制件在炉内要放平或放置在专用料架上加热，应避免制件直接与炉底板接触。5.2.3料筐或料盘的位置，应使全部制件都位于有效加热区内。5.2.4在热处理过程中为减小变形和防止开裂，制件可进行预热或分阶段加热，预热时间及分阶段加热的段数可视具体情况自行规定。使用预热炉时，经预热后的制件，应尽快转移到热处理炉内进行加热，也可预热和加热在同一热处理炉内进行。5.2.5饭金件应装在专用料盘上加热，但不允许超过四层。如采用叠层加热时，其保温时间可以适当延长。5.2.6固溶处理、退火(包括中间退火、去应力

8、退火)、均匀化处理温度高于825时，制件装炉温度应低于8251C，有效厚度不大于16rnm时，允许装3层，并随炉或分阶段升温至固溶处理、退火或均匀化处理温度;有效厚度大于16mm时，允许装2层，并在825保温2h-4h后，随炉或分阶段升温至固溶处理、退火或均匀化处理温度。5.2.7时效处理及退火(包括去应力退火)温度低于825时，制件装炉温度应低于时效处理或退火温度50一1001c，有效厚度不大于30mm时，允许装4层;有效厚度大于30mm时，允许装3层，并在装炉温度保温2h-4h后，升温至时效处理或退火温度。5.2.8对厚薄相差较大的制件，加热时为减小热应力，装炉温度可以低于825r-，并在

9、825保温2h-4h,然后在规定的时间内分段控制升温至加热温度。5.2.9大型制件在上述条件下可以降低装炉温度和延长升温时间。5.2.10按HB 5013的要求所带的试样，应随制件同炉热处理。5.3加热与保温5.3.1加热温度5.3.1.1制件装炉后，应严格执行规定的加热温度。5.3.1.2当炉内全部热电偶均指示炉温已达到热处理工艺规定的加热温度时，开始计算保温时间。5.3.2保温时间5.3.2.1当热处理的保温时间取决于材料厚度时，应取单个制件上最大有效厚度所需的保温时间。5.3.2.2当制件采用叠层(制件中间没有隔层)加热时，其保温时间计算应取叠层的最大厚度。5.3.2.3热处理过程中所需

10、的保温时间应严格执行规定的保温时间。5.4冷却5.4.1在固溶处理时，当本标准允许使用一种以上的冷却介质，应选用适合下道工序的冷却介质;对需焊接或冷成形的制件，应选用冷却速度较快的冷却介质。5.4.2在使用水、油等冷却介质对制件进行冷却时，应迅速将制件全部浸人冷却介质内，应避免转移过程中制件的温度降低过多。HB/Z 140一20045.4.3装罐热处理的制件，允许将罐从炉内取出后，采用迅速冷却罐外部的方法进行冷却，待炉罐冷至低于200以下时，可开罐进行空冷。5.4.4当制件保温后要求在空气中缓冷时，应使用专用冷却装置;当要求空冷或在空气中快冷时，冷却平台应能够保证制件散放或使用风扇吹风冷却。5

11、.4.5当制件保温后要求在炉内缓冷时，应控制制件在炉内的冷却速度。5.5清洗和清理5.5.1热处理后，制件表面残留的污物应及时清洗。5.5.2热处理后需清除氧化皮的制件，可按有关规定进行碱洗、酸洗、喷砂、喷丸或机械加工。5.5.3制件需进行多次加热时，可在最终一次加热后清除氧化皮。6焊接组合件的热处理6.1对于焊接组合件，一般情况下应进行固溶处理或固溶加时效处理以去除应力。6.2对于不便于固溶处理的焊接组合件，建议采用时效处理或退火消除焊接应力。对有硬度要求的制件，其时效处理或退火温度不应高于原来的时效处理或退火温度。6.3对于单件为固溶状态的焊接组合件，焊接后进行时效处理。对于熔焊后有足够余

12、量的制件，应进行固溶加时效处理。7热处理工艺制度7.1固溶强化变形高温合金热处理工艺制度固溶强化变形高温合金的热处理工艺制度见表to7.2时效硬化变形高温合金热处理工艺制度时效硬化变形高温合金的热处理工艺制度见表207.3铸造高温合金热处理工艺制度铸造高温合金母合金成型试棒以及定向凝固柱晶和单晶高温合金定向凝固试板或试棒的热处理工艺制度见表3，铸件热处理工艺也可参照表3执行。8.18.28.3质且控制及检验热处理工艺质量控制应按HB 5354进行。在热处理过程中应检查热处理工艺执行的正确性及有关技术文件要求的执行情况。制件应按HB 5013及有关技术文件规定的检验项目进行检验。表1固溶强化变形

13、高温合金热处理工艺制度序号合金牌号(代号)材料类型工序名称加热温度保温时间，min冷却方法HB(d, mm)厚度或直径20空冷或快冷C241管材固溶1130一1170镇30快冷冷轧板材固溶1130-1170卜冷或水冷锻件固溶1175士10-50(按截面厚度计算)空冷10GH3625(GH625)棒材锻件固溶1090-120090-120水冷HB/Z 140一2004表1续)序号合金牌号(代号)材料类型工序名称加热温度保温时间，min冷却方法HB(d,mm)厚度或直径53mm厚度或直径3mm -5mm10GH3625 (GH625 )丝材固溶109(1-12009一1515一加以不低于空冷速率冷

14、却焊接件去应力退火1080-11009-1515-20以不低于空冷速率冷却热轧板材固溶950-1030空冷簇305 HV11GH652棒材锻件固溶1150-120040-60空冷12GH5188(GH188)锻制棒材环形件固溶1180士10以确保产品力学性能合格速率冷却5293冷轧板材带材固溶1165-1230根据截面厚度确定快速空冷热轧板材固溶1170-1190空冷5282 HV13GH605锻制棒材环形件固溶1175一1230快速空冷或水冷5248板材丝材退火1175一12308-10巧-20以不低于空冷速率冷却蕊290 H焊接件去应力退火1165一11858-1015-20以不低于空冷速

15、率冷却注1:保温时间栏中未注明时间的，保温时间的选取应保证制件能热透、固溶充分或满足退火要求。注2:加热温度栏中给出的正负温度偏差值为炉温均匀性要求，给出的温度范围为设定温度选择的范围。表2时效硬化变形高温合金热处理工艺制度序号合金牌号(代号)材料类型方案号下序名称加热温度保温时间，mln冷却方法dHB(d.-)厚度或直径镇3-厚度或直径3-5-1GH1035(GH35)板材固溶1100-1140空冷棒材碳件固溶1130-115060-90水冷时效710-730480-600空冷2GH1035A(GH35A)热轧和锻制棒材锻件固溶1080120水冷时效680960空冷3GH2036(GH36)

16、热轧和锻制棒材固溶1140+580(+285D固溶1080土10480油冷、空冷或水冷时效750士5240空冷285板材带材固溶1100-1150镇30适当冷却时效750士10240空冷280HV冷拉棒材I固溶1080士1015-30($615-)空冷或水冷30-45(15mm2850固溶1080士1015-30(615-)空冷或水冷30-45(15-285热加工用热轧和锻制棒材I固溶1080士10480空冷时效700士5960空冷妻285Q固溶1080士10480空冷时效750士5240空冷285机加工用热轧和锻制棒材I固溶1080土1060($53-)油冷、水冷或空冷120(3-12.5-

17、)时效700士5960空冷285n固溶1080士1060($53-)油冷、水冷或空冷120(3-556-)240(6-0 12.5-)时效750士5240空冷285m一次固溶1080土1060($53-)空冷120(3-12.5-)二次固溶1080土10530水冷时效700士5960空冷)285砰1080士1060($(3-)空冷120(3- 12.5-)10HB/Z 140一2004表2(续)序号合金牌号(代号)材料类型方案号工序名称加热温度保温时间，min冷却方法(dHB(a,mm)厚度或直径簇3-厚度或直径3-5-18GH80A机加工用热轧和锻制棒材W二次固溶1080士10(30水冷时效

18、750士5240空冷,28519GH90冷轧板材带材I固溶1100-1150I一10适当冷却时效750士10240空冷280HVu时效700-725240空冷丝材I时效600士10960空冷0时效650士10240空冷冷拉棒材固溶1080士1060(和a3mm)空冷或水冷120(3mm12.5-)时效750士10240空冷20GH93冷轧板材固溶1100-1150空冷时效710士10960空冷)290HV棒材固溶1050-1080480空冷时效710士10900空冷21GH4099(GH99)冷轧板材固溶1120-11608-1010-15空冷或快冷镇300HV22GH105锻件叶片用热轧棒材

19、一次固溶1150士10240空冷二次固溶1030士10960空冷时效700士5960空冷23GH141环形件退火1080士10快冷固溶1120士10空冷时效900士10240空冷锻制棒材I退火1080士10快冷n退火1080士10快冷固溶1120士1030空冷时效90(士1060空冷m退火1080士10快冷固溶1120士1030空冷时效9(旧士10240空冷-30HRC24GH145丝材I时效650士10240空冷ll固溶1150士10120空冷一次时效840士101440空冷705士101200空冷-战盯双m时效730士10960空冷25GH163锻件环招件固溶1150土1090-150水冷

20、簇229时效800士10480空冷HB/Z 140一2004表2(续)序号合金牌号(代号)材料类型方案号工序书称加热温度保温时间，min冷却方法(dHB(a.mm)厚度或直径(3-厚度或直径3-5-25GH163管材固溶1150士10成15空冷或适当冷却时效801)士10480空冷板材带材固溶1150士105-15(K4mm)空冷10mm)空冷时效800士10480空冷热轧和锻制棒材固溶1150,10 30($Smm)水冷、空冷或油冷镇250时效800士10480空冷26GH4133B盘形锻件固溶1080士10480空冷时效750士10960空冷(3.25-3.75)27GH4133(GH33

21、A)盘形殿件固溶1080+10480空冷时效750士10960空冷(3.25-3.75)锻件固溶1055-1075360-390空冷时效740-760960-990空冷棒材固溶1070一1090480-510空冷时效740-760960-990空冷28GH4169(GH169)盘形殷件固溶(950-980)士1060油冷、水冷或空冷时效720土10480以(50士10)C /h速率炉冷至6201C620士10480空冷(2.85-3.30)丝材固溶955士1030空冷时效720士10480以(50- 10)压速率沪珍不620r620士5420-480空冷)32HRC棒材暇件固溶(950-980

22、)士10611空冷时效720士5480以(50士10)C /h速率炉冷至6200620士5480空冷)346板材焊接件I固溶940-96025-3030-35空冷时效710-730480-510以(50-10)/h速率炉冷至615C -625012HB/Z 140一2004表2(续)序号合金牌号(代号)材料类型方案号工序名称加热温度保温时间min冷却方法(dFIB(d, -)厚度或直径(3二厚度或直径3mm-5mm28GH4169(GH169)板材焊接件I时效615-625480-510空冷Q中间退火940-96015-2020-25空冷29制4220(GH220)转动件用热轧棒材1200士l

23、0240空冷一仄固浴二次固溶1050士10240空冷时效950士10120空冷 341-285(3.30-3.60)30GI-1500棒材一次固溶1120士10120空冷二次固溶1080士10240空冷一次时效845士51440空冷_，760士5990空冷笋350HV一一月吧才冷一31GI巧48棒材塔件固溶1130-115060-90空冷时效880-920960-990空冷32G144698(GH698)锻件一次固溶1110-1130480-510空冷二次固溶990-1010240-270空冷时效765-785960-990空冷(3.30-3.60)盘形锻件一次固溶1120士10480空冷10

24、00士10240空冷_仄回路时效775士10960空冷(3.30-3.60)33G日710饼坯锻件一次固溶1170士10240空冷二次固溶1080士10240空冷845士101440空冷1人口J5G=粉时竹760士10960空冷)3701W1一”一一34GI口38冷拉棒材固溶1040-108060-240空冷或快冷簇302845士10210-270空冷一仄叮双760士10900-1020空冷(34-44)HI2C_队目双丝材固溶9%一1038空冷或风冷一次时效845士10210-270空冷二次时效760士10900-1020空冷(32-42)HI2C注1:保温时间栏中未注明时间的，保温时间的选

25、取应保证制件能热透、固溶充分或满足时效、退火要求。注2:加热温度栏中给出的正负温度偏差值为炉温均匀性要求，给出的温度范围为设定温度选择的范围。表3铸造高温合金热处理工艺制度序号合金牌号(代号)工序名称热处理工艺加热温度保温时间h冷却方法1K401固溶1200士1010空冷2K403固溶1210士104空冷铸态HB/Z 140一2004表3(续)序号合金牌号(代号)工序名称丈热处理工艺加热温度保温时间h冷却方法3K405铸态4K406固溶980士105空冷5K406C(K6C固溶980士105空冷6K408(K8)固溶1150士104空冷7K412固溶1150士107空冷8K4130(K130)

26、铸态I一去应力退火1040土101h空冷9K4169均匀化1095士101-2空冷或快冷固溶955土10妻工空冷或快冷时效720士108炉冷至620C620士108空冷10K4002(K002)时效870士1016空冷11K4141(K141)固溶1065士10)3空冷或快冷(不允许水冷)时效760士10)16空冷12K4125L(K125L)均匀化1220士102空冷固溶1080士104空冷时效900士1016空冷13K4163(K163)固溶1150士102空冷时效800土108空冷14K417铸态15K417G铸态16K418铸态17K418B铸态18K423(K23)铸态19K423A

27、铸态20K424(K24)铸态固溶1210士104空冷21K4242(K242)铸态去应力退火750上101空冷22K441(M41)固溶1000士102-2.5炉冷至900,C900士10空冷HB/Z 140一2004表3(续)序号合金牌号(代号)工序名称丈熟处理工艺加热温度保温时间h冷却方法23K480(K80)一次固溶1220土102空冷二次固溶1090士104空冷三次固溶1050士104空冷时效840士1016空冷24K477(K77)固溶1160士102以560 /h速率炉冷至108001080空冷时效760士1016空冷25K640(K40)铸态26K640M(K40M)铸态27K

28、825(K25)铸态28DZ4固溶1220士104空冷时效870士1032空冷29n7，固溶1205土102空冷时效870士1032空冷30nZ22B固溶1175士100.33升温至1220112200 -蕊0.5升温至1230r-1230士侃0.5空冷一次时效1080士104-6空冷二次时效870土1032空冷31DZ40M铸态32DZ417G固溶1220士104空冷时效980士1016空冷33DZ125固溶1180士102升温至123001230士103空冷一次时效1100士104空冷二次时效870士1020空冷34DZ125L均匀化1220士102空冷固溶1080士104空冷时效900士1016空冷35DD3固溶1250士104空冷时效870士1032空冷HB/Z 140一2004表3(续)序号合金牌号(代号)工序名称卖札处理工艺加热温度保温时间h冷却方法36DD402固溶1315士103空冷一次时效1080士106空冷二次时效870士1020空冷37lC6固溶1960+10(直本、10氢气冷却一一一一-一一、一产1