[發明專利]一種含稀土元素的鎳鈷基高溫合金及其制備方法

無效

• 申請號: 201010296131.0
• 申請日: 2010-09-29
• 公開（公告）號: CN102433466A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 崔傳勇;韓國明;金濤;孫曉峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C1/03
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明屬于鎳基變形高溫合金領域，具體為一種含稀土元素的鎳鈷基變形高溫合金及其制備方法，主要適用于高溫高應力下(700～750℃)使用的零部件，例如航空發動機的渦輪盤和葉片。

背景技術

為滿足航空發動機不斷提高的性能要求，發動機燃氣進口溫度從20世紀70年代的1330℃發展到90年代的1580～1680℃、本世紀初的1730℃。作為發動機的核心熱端部件，高溫合金渦輪葉片和渦輪盤必須具有不斷提高的承溫承載能力，這使得高溫合金葉片和渦輪盤的制造技術成為現代航空發動機設計與制造的重大關鍵技術之一。未來5～10年，我國高推重比航空發動機的研制將需要生產高性能的高溫合金渦輪盤和葉片。

作為固定葉片和連接葉片與渦輪軸的核心部件，渦輪盤的可靠性和使用性能至關重要，這就對渦輪盤的生產，尤其是熱加工提出了極高的要求。為提高合金的承溫能力，目前采用降低Cr、提高難熔元素總量(W，Nb，Ta，Re，Mo等)和沉淀強化相γ′含量的合金設計方法。隨著渦輪盤的合金化程度不斷提高，嚴重的偏析使熱加工性能惡化，低周疲勞性能降低，疲勞裂紋容易擴展。目前，一些先進渦輪盤合金已經無法采用傳統的鍛造工藝進行加工。因此，必須研制新的渦輪盤合金和引入新的塑性加工原理與工藝。美國最新(2006年)研制ME3合金和歐洲研制的RR1000合金都是通過粉末冶金的方法進行加工的。

中國專利申請(申請號200580041339.5，公開號：CN101072887A)，發明名稱：耐熱超級合金，公開了一種鎳鈷基高溫合金(TMW)及其設計方法，按重量百分比計，合金成分包括：

Co：23.1～55％；Cr：2～25％；Ta：0～10％；W：0～10％；Mo：0～10％；Zr：0～0.5％；Nb：0～5％；Ti：3.0～15.0％；Al：0.2～7％；Re：0～5％；V：0～2％；Fe：0～2％；Hf：0～2％；Mg：0～0.1％；C：0～0.5％；B：0～0.1％；Ni：余量。

此外，該專利申請還提出了一種新的合金設計方法，即將具有γ/γ′兩相結構的鎳基高溫合金與具有γ/γ′結構的鈷基合金混合，得到設計合金TMW。TMW合金在使用區(中溫區)具有較高強度而在加工區(高溫區)具有良好的可加工性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種含稀土元素的鎳鈷基高溫合金及其制備方法，具有優異的可加工性能和高的承溫能力，能滿足推重比12～15航空發動機對渦輪盤材料的需要。

本發明的技術方案是：

一種含稀土元素的新型鎳鈷基高溫合金，按重量百分比計，其化學成分為：Co：15～30％，Cr：11～17％，Ti：4～6.5％，Al：1.0～3.0％，W：0.5～2.5％，Mo：1～3％，Re：0～2％，C＜0.1％，Zr＜0.1％，B＜0.1％，RE：0.01-0.5％，Ni：余量。

所述的含稀土元素鎳鈷基高溫合金，按重量百分比計，其優選化學成分為：Co：20～25％，Cr：13～15％，Ti：4.8～5.6％，Al：2.0～2.5％，W：1～1.3％，Mo：2.2～2.8％，C：0.02-0.05％，Zr：0.02-0.05％，B：0.01-0.03％，RE：0.1-0.5％，Ni：余量。

所述的含稀土元素鎳鈷基高溫合金，按重量百分比計，其最佳化學成分為：Co：23％，Cr：14％，Ti：5.6％，Al：2.3％，W：1.2％，Mo：2.8％，C：0.02％，Zr：0.02％，B：0.015％，Ce或Y0.2-0.5％，Ni：余量。

所述的含稀土元素鎳鈷基高溫合金的制備方法，首先采用常規的真空感應爐或真空自耗爐熔煉合金，澆鑄成化學成分符合要求的母合金；然后在1100℃～1180℃進行均勻化處理，處理時間2～16小時；最后在1100℃～1150℃之間進行熱加工，即制得該合金。

上述的“熱加工”是指：鍛造、熱軋制以及熱擠壓。

本發明在上述熱加工之后，進行以下熱處理：1100℃～1140℃/4小時，油淬，固溶處理；然后在650℃/24小時，760℃/16小時，空冷。

本發明合金中合金元素的作用及其成分范圍的選擇基于如下理由：

Co能降低合金的層錯能、提高合金的組織穩定性以及蠕變性能；加入Co還能降低沉淀強化相γ′的溶解溫度，從而擴大合金的熱加工窗口溫度，提高合金的可加工性能。因此，在合金中加入15～30％Co。