[發明專利]一種鈷基合金及其制造方法

無效

• 申請號: 200710090955.0
• 申請日: 2007-03-29
• 公開（公告）號: CN101148720A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 章清泉;李振瑞;傅祖明;鄭寶茹
• 申請（專利權）人: 北京北冶功能材料有限公司
• 主分類號: C22C19/07
• 分類號: C22C19/07;C22F1/10
• 代理公司: 首鋼總公司專利中心
• 代理人: 孫小敏

技術領域

本發明涉及一種具有較高強度、彈性模量和抗氧化性能的鉆基合金及其制造方法。

背景技術

新型航空發動機的先進技術之一是在關鍵部位采用刷式密封。刷式密封(brush?seal)是由緊密排列在兩塊板中的細絲組成，絲與轉動軸成一定度角，刷絲能夠隨著軸的偏轉而運動，保證了在軸偏振時仍然能起到密封作用，與現有的篦齒密封相比，刷式密封能顯著地減少發動機二次氣流泄漏，提高發動機推力1-3％，降低耗油率3-5％。

刷密封技術的關鍵之一是材料，刷絲材料的性能是決定刷密封性能的關鍵因素。刷密封材料在高溫高速下同轉子涂層配合時，應具有室溫和高溫下的較高且穩定的彈性模量、強度和高溫抗氧化性能。從國外資料來看，刷絲合金基本上是鈷基或鎳基高溫合金，其中鈷基的HS25合金雖然具有較高的強度、耐磨性和彈性模量，但是其抗氧化性能還不能完全令人滿意，特別是該合金的冷熱變形抗力較大，造成其成型困難，成材率很低。

發明內容

本發明的目的就是通過合金成分設計和必要的冶金手段制備出一種在600℃下具有高強度、高彈性模量、高溫抗氧化性以及可變形的合金材料，以滿足制造刷密封的要求。

為達到上述目的，本發明的合金化學成分重量百分比為：

C?0.05～0.15％，Si≤0.4％，Mn?1.0～2.0％，Ni?9.0～11.0％，Cr?19.0～21.0％，W?14.0～16.0％，Al?0.1～1.2％，Y?0.01～0.05％，S＜0.3％，P＜0.03％，Fe≤3.0％，余Co及不可避免的雜質元素。

本發明將合金成分設計為以耐磨性較好及高彈性模量的Co基高溫合金為基礎，加入Cr、Ni、W等高溫耐蝕和固溶強化元素，來保證合金具有良好的強度和剛性；同時，為了使合金在高溫下能形成致密堅韌的Cr₂O₃和Al₂O₃氧化膜，提高合金的抗氧化性能，合金中還加入了Al元素。另外，在合金中還加入了微量的Y，它作為氧活性元素可顯著改善和穩定合金高溫氧化膜，更重要的是顯著改善了合金的冷熱加工性能。

合金采用真空感應爐加電渣重熔或真空感應爐加真空自耗冶煉，以充分降低和去除合金中的氣體和夾雜物含量。Y、Al等微量元素的控制是本發明的實質性特點所在。

冶煉后的合金采用常規金屬壓延技術，加工中的軟化溫度為1000～1200℃。合金可加工成鍛件、棒材、絲材及帶材。

刷式密封用刷絲材料規格一般小于φ0.2mm。由于該合金變形抗力大，冷拔過程中，變形量過大時極易出現裂紋，所以應嚴格控制冷拔道次，變形量應控制在40％以下，熱處理溫度應控制在1150-1200℃之間，這是保證合金絲順利拔制的技術關鍵；另外，為了保證刷絲排列緊密整齊，這就要求成品絲在自由狀態下呈直線型，本發明在成品前采用了消除應力的熱張力退火處理工藝方法，保證了成品絲的平直性及綜合性能。這也是本發明的實質性特點所在。其工藝為：

第一步：成品前一道次變形量控制在20-40％范圍內，以獲得合金絲較高的強度。

第二步：熱張力退火溫度：850-1050℃??速度：40-70m/min張力：＜0.2σs

本發明的貢獻在于：通過在HS25合金中加入微量的Al、Y元素，使合金的綜合性能得到了提高，強度由1300MPa提高到1500MPa；室溫彈性模量由230GPa提高到250GPa；600℃的彈性模量由170GPa提高到177GPa；750℃的氧化速度由K+＜0.010g/m²h降低到K+＜0.006g/m²h。特別是φ1.0mm以下合金絲的成材率由20％提高到了40％。另外，本發明設計了熱張力退火工藝，使小于φ0.2mm的極細絲在保證強度不降低的前提下(大于1100MPa)，合金絲的平直性得到了極大的改善，由熱處理前的螺旋狀絲型，轉變為彎曲度小于5mm/m的直線型。

下面通過實施例具體說明本發明的技術方案。

實施例1：