[發明專利]鎳基合金

有效

• 申請號: 201210205495.2
• 申請日: 2012-05-04
• 公開（公告）號: CN102766787A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 馮干江;J·C·謝菲爾;S·J·貝爾索恩;H·孫達拉姆;S·阿曼徹爾拉;G·C·穆基拉
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐晶;林森

技術領域

本發明通常涉及用于燃氣輪機應用的鎳基合金，其具有機械性質、微觀結構穩定性、耐局部點蝕和熱腐蝕的獨特組合。更具體地講，本發明涉及一類具有非常低分數的η相和析出的(segregated)鈦的鎳基合金，導致由此形成的物品的提高的產率、可制造性和可修復性。

背景技術

本發明是對2002年7月9日頒發給John?H.Wood等的美國專利第6416596B1號中公開和要求保護的合金種類的改進。上述美國專利是對1971年10月26日頒發給Earl?W.Ross的美國專利第3615376號中公開和要求保護的合金種類的改進。上述兩個專利都已轉讓給本發明的受讓人。本發明保持了這些合金的有利特性，包括高強度和高延展性、高耐蠕變和耐疲勞性、優良的微觀結構穩定性以及高溫腐蝕環境下的高耐局部點蝕和熱腐蝕性。這些性質的獨特組合使得這些合金用于燃氣輪機更具吸引力。

然而，美國專利第6416596號中公開的和要求保護的合金(后文中稱為“參比合金”)的特性是存在“η”相、六方密堆形式的金屬間Ni₃Ti以及固化合金中的析出的鈦金屬。在合金固化過程中，鈦具有較強的從固/液界面的液相側排出的傾向，導致鈦在固化前沿析出(局部富集)，并且促進在最后固化的液體中形成η相。鈦的析出也減小固相線溫度，增大了γ/γ’共晶相的分數，并且導致固化的合金中出現顯微縮孔(micro-shrinkages)。特別是η相可引起自這些合金形成的某些物品在初期成型工藝期間以及后續成型制造和修復工藝期間成為次品。另外，η相的存在可導致合金機械性能在使用期間退化。

從實驗評估中可以看出，可以通過下面的方式改變合金組成，使得固化合金中的η相和析出鈦兩者的分數減小，即相對于參比合金的組成減小鈦的含量，并增大鋁與鈦的比率。這是由于在合金固化期間的固/液界面的原子分區，導致固化的合金中的γ/γ′共晶相的分數減少。從這些評估中還能知道，通過用下面的方式改變合金組成，使得η相進一步減小，即相對于參比合金的組成，增大鉭的含量，和減小鋁與鉭的比率。已知鉭能夠穩定γ初始(γ＇)相(Ni₃Al)，進一步減少合金中鈦的可用性。

也已知當鉭含量減小和鈮含量增大時，能夠保持有利數量的γ初始相(γ＇)，以至于如果需要，可以用鈮完全替代鉭，如在2005年6月7日頒發給Warren?T.King等并且轉讓給本發明的受讓人的美國專利第6902633B2號；和2007年5月3日公開的Liang?Jiang等的并且已轉讓給本發明的受讓人的美國專利申請公布第2007/0095441A1號中教導的。

也已知相對于參比合金，增大鉭和鎢的含量導致通過固溶強化和析出強化的組合改善機械性質。這些變化產生的合金所具有的抗拉強度、屈服強度、延展性和低循環疲勞(LCF)強度通常與參比合金相當；以及相對于參比合金，本發明的某些實施方案具有改善的蠕變強度和較低的機械加工能量。

這些變化的總和產生另外的益處。例如，所述合金呈現窄的固化范圍(定義為合金液相線和固相線之間的溫度差)，以及與參比合金的微觀結構相比，所述固化合金的微觀結構呈現更細小的γ/γ′共晶和碳化物結構。

發明內容

本發明提供一類用于燃氣輪機應用的鎳基合金以及由此形成的有用的制造物品，其具有機械性質、微觀結構穩定性、高溫腐蝕環境下的耐局部點蝕和熱腐蝕的獨特組合，以及在初始成型工藝和后續成型制造工藝和修復工藝中的高產率。本發明的特征還在于固化的鎳基合金中具有非常低分數的η相和析出的鈦。

根據本發明的一個具體實施方案，所述鎳基合金包含按重量計約13.7％-約14.3％的鉻、約5.0％-約10.0％的鈷、約3.5％-約5.2％的鎢、約2.8％-約5.2％的鈦、約2.8％-約4.6％的鋁、約0.0％-約3.5％的鉭、約1.0％-約1.7％的鉬、約0.08％-約0.13％的碳、約0.005％-約0.02％的硼、約0.0％-約1.5％的鈮、約0.0％-約2.5％的鉿、約0.0％-約0.04％的鋯，余量基本上為鎳。