[發明專利]一種增加硼元素含量的K4169高溫合金

有效

• 申請號: 201410162882.1
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103924124A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 黃太文;介子奇;張軍;劉林;張琰斌;周偉;傅恒志
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術領域

本發明涉及高溫合金鑄造領域，具體是增加并控制微量元素硼提高K4169高溫合金的流動性。

背景技術

高溫合金廣泛運用于航天航空領域，不僅可以用于制造發動機的渦輪盤，合金葉片及各種結構件，而且其大型結構鑄件也大量運用于航空發動機。K4169(國外合金牌號為IN718)高溫合金的產量已經達到所有高溫合金年總產量的50％以上，特別適合于鑄造650℃以下工作的宇航用發動機葉輪、導向環、擴壓器、機匣及其它結構件。隨著科技的進步，航空工業正朝著高性能低成本方向發展，大型薄壁鑄件代替組裝件的造價和性能上的優勢使得其應用日益廣泛。但是，為了保證大型復雜薄壁鑄件的成形，避免出現欠澆，常采用高的澆注溫度，導致晶粒粗大、疏松嚴重、斷面柱晶比例大、合金熔體與模殼反應加重等問題，成為航空工業急需解決的重要問題。如果通過改變合金的成分提高流動性，就可實現在低的澆注溫度下鑄件成型，間接起到組織細化的作用。

提高高溫合金熔體的流動性是改善大型復雜薄壁鑄件成形質量的有效方法之一。以前關于流動性的實驗研究大都集中于鋁、鎂合金，對于提高高溫合金的流動性的研究很少。因此，隨著高溫合金薄壁鑄件的需求增加，探索通過添加微量元素改變高溫合金的流動性在高溫合金鑄造上的應用是十分必要的。目前，現有技術中經常采用高的澆注溫度、高的模殼溫度提高合金的流動性，但是高的澆注溫度和高的模殼溫度會使合金凝固后的晶粒組織變大，從而降低合金的力學性能。向合金中添加稀土元素可以提高合金的流動性，但高溫合金對成分要求很嚴格，其組織和力學性能對成分變化十分敏感，那些在其它合金中被廣泛使用的有效的稀土元素對高溫合金起不到作用。

經過對現有技術的文獻檢索發現：文獻“W.Qudong,L.Yizhen等人在Materials?Science?and?Engineering?A271(1999)發表的“Study?on?the?fluidity?of?AZ91+xREmagnesium?alloy”公開了稀土元素對AZ91鎂合金流動性的影響。該文獻只是研究了鎂合金的流動性，并沒有涉及到高溫合金的流動性。

中國專利號為ZL200610025394在AZ91D合金基礎上添加Ca/Sr/混合稀土等元素改性，提高合金的流動性，但是稀土元素價格昂貴，大幅度提高了合金的制造成本，并且該專利只適用于鎂合金。

文獻“郭建亭在2008年科學出版社出版的高溫合金材料學上冊中提到C元素可以提高高溫合金的流動性,但在鑄造高溫合金中碳的百分含量為0.05左右，如果再提高碳的含量就會降低合金的機械性能。現有的高溫合金中，很多都含有微量的硼。在K4169高溫合金中，硼元素的質量百分比為0.0026左右。

發明內容

為克服現有技術中存在的流動性差的不足，本發明提出了一種增加硼元素含量的K4169高溫合金。

所述K4169高溫合金中C為0.056％，Ni為52.54％，Cr為19.15％，Mo為3.11％，Al為0.61％，Ti為0.94％，B為0.0037～0.0070％，Zr為0.028％，Nb為5.03％，Ta為0.05％，Si為0.043％，Mn為0.0035％，S為0.0018％，P為0.0015％，雜質≤0.01％，余量為Fe；所述百分比均為質量百分比。

本發明通過增加硼元素的含量提高K4169高溫合金的流動性。合金的流動性是通過螺旋型流動性測試模型進行測定的，以測定澆注的液態高溫合金在模型中流動后凝固的長度表征合金的流動性。如圖2所示為本發明不同含量的硼對K4169高溫合金流動性測試的實物圖。可以看出，當硼的質量百分含量在0.0037～0.007范圍時，使K4169高溫合金的流動性提高了30％以上(詳見表5)。由于合金流動性的提高，其顯微疏松也明顯減少。當硼的質量百分比為0.0059的顯微疏松(圖4)比K4169合金(圖3)減少了74％。

合金的凝固區間是與流動性有直接關聯的凝固參數，γ相是K4169高溫合金的基體相，占有很大的體積分數，故選定γ相初始熔化溫度為固相線，而不選擇與補縮相關的凝固后期的共晶溫度，因此合金的液相線與γ相的初始熔化溫度之間的溫度間隔對合金的流動性有很大的影響。增加微量的元素硼對合金的液相線溫度影響不大，對γ相的初始熔化溫度呈先增加后減小的趨勢(圖4)。當硼的質量百分比從0.0026增加到0.0070時，溫度間隔先減小后增大，當硼的質量百分比為0.0059時，凝固溫度間隔為31℃。增加硼的含量可以減小該溫度間隔，使合金的流動性提高。