[發明專利]一種鎳鐵基合金和形成鎳鐵基合金的方法

有效

• 申請號: 201110270202.4
• 申請日: 2011-08-30
• 公開（公告）號: CN102383024A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 馮干江;G·戈勒;J·拉祖姆;M·萊洛克
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李進;林森

發明領域

本發明涉及合金、包含合金的物品及形成合金的方法。更具體地講，本發明涉及鎳鐵基合金和形成鎳鐵基合金的方法。?

發明背景?

燃氣渦輪發動機中的工作溫度在熱學和化學上都是不友善的(hostile)。通過開發鐵、鎳和鈷基超級合金以及使用能夠防止超級合金氧化、熱腐蝕等的環境涂層，已實現了高溫能力的顯著進步，但是涂層系統繼續得到開發以改善材料性能。?

在燃氣渦輪發動機的壓縮機部分中，將大氣空氣壓縮至10-25倍大氣壓，并在所述過程中絕熱加熱至800°-1250°F(427℃-677℃)。將該經過加熱和壓縮的空氣導入燃燒室，在那里它和燃料混合。點燃燃料，并且燃燒過程將氣體加熱至超過3000°F(1650℃)的很高溫度。這些熱氣通過渦輪機，其中固定于旋轉渦輪盤的螺旋槳提取能量以驅動發動機的風扇和壓縮機以及排氣系統，其中氣體提供足夠推力以推動飛行器。為了改善發動機的工作效率，已經升高了燃燒溫度。當然，隨著燃燒溫度被升高，必須采取措施以防止形成這些熱燃燒氣體的流動路徑的材料的熱降解。?

對增強的性能的需求繼續增大。這個對于增強的性能的需求需要更新的發動機和對已證明設計的改進。具體地講，更高的推力和更好的燃料經濟性處于性能需求當中。為了改善發動機性能，已將燃燒溫度升至很高溫度。這可以帶來更高的推力和/或更好的燃料經濟性。?

定子部件(噴嘴和罩)是燃氣渦輪機的熱氣路部件。期望定子部件具有耐氧化性、抗熱-機械疲勞能力和高溫抗蠕變強度。傳統上，定子?部件由Ni基或Co基鑄造超級合金制成。這些超級合金具有它們可具有很高成本的缺點。?

已知的使用不同材料的嘗試尚未得到成功。例如，先進不銹鋼(例如由Oak?Ridge?National?Laboratory開發的形成氧化鋁的奧氏體(Alumina-Forming?Austenitic，AFA)合金)包含納米沉淀和形成氧化物的元素并且顯示出眾的耐熱性。然而，這些先進不銹鋼對于噴嘴而言具有不期望的低抗蠕變強度。特別地，這些先進不銹鋼的抗蠕變強度僅達到燃氣渦輪機噴嘴設計要求的大約一半。?

另一組低成本的替代材料——鎳鐵基超級合金(包括A286、?和IN706)已經被認為具有數個缺點。“INCOLOY”是Inco?Alloys?International，Inc.，Huntington，West?Virginia生產的合金的聯邦注冊商標。例如?已被認為缺少γ基本相(導致低蠕變強度)、包含顯著量的η、σ和萊維氏相(導致低延展性和/或差的長期機械性能)以及具有寬固化范圍和差鑄造性。?

本領域期望沒有以上缺點的鎳鐵基合金和鎳鐵基合金的形成方法。?

發明概述?

按照本公開的一個示例性實施方案，鎳鐵基合金具有按重量計約0.06％-約0.09％C、約35％-約37％Fe、約12.0％-約16.5％Cr、約1.0％-約2.0％Al、約1.0％-約3.0％Ti、約1.5％-約3.0％W、最高約5.0％Mo、最高約0.75％Nb、最高約0.2％Mn、最高約0.1％Si、最高約0.006％B和基本為Ni的余量。?

按照本公開的另一個示例性實施方案，鎳鐵基合金具有小于約110°F的固化范圍、大于約1700°F的γ基本固溶相線、基本上不含η相、具有小于約5％的萊維氏相、小于約5％的σ相并且沒有Co。?

按照本公開的另一個示例性實施方案，形成改性合金的方法包括提供基礎合金組合物、鑒定多種預定性能和改性基礎合金組合物以形?成具有多種預定性能的改性合金組合物。所述多種預定性能包括具有小于約110°F的固化范圍、具有大于約1700°F的γ基本固溶相線、基本不含η相、具有小于約5％的萊維氏相和具有小于約5％的σ相。基礎合金組合物包括第一組合物和第二組合物的一種或多種，所述第一組合物含有約0.05％C、約36％Fe、約12.50％Cr、約0.20％Al、約2.80％Ti、最高約0.12％W、約5.70％Mo、最高約0.1％Nb、最高約0.2％Mn、最高約0.1％Si、最高約0.006％B、基本為Ni的余量；所述第二組合物包括約0.02％C、約37％Fe、16.00％Cr、約0.20％Al、約1.75％Ti、最高約0.12％W、最高約0.12％Mo、約2.90％Nb、最高約0.2％Mn、最高約0.1％Si、最高約0.006％B、基本為Ni的余量。?

本公開實施方案的一個優勢包括通過形成足夠量的γ基本相和減少或消除的η相而具有期望的蠕變強度的改性合金。?