[發(fā)明專利]Ni基超耐熱合金的制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680015315.0
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN107427896B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設計）人: 小林信一;上野友典;大野丈博
• 申請（專利權）人: 日立金屬株式會社
• 主分類號: B21J5/00
• 分類號: B21J5/00;B21J1/06;B21J13/02;C22C19/05;C22F1/10;C22F1/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 呂琳;樸秀玉

本發(fā)明提供一種在用于航空發(fā)動機、發(fā)電用燃氣輪機的高強度的Ni基合金中，可得到良好的熱加工性和均質(zhì)的金相組織的制造方法。Ni基超耐熱合金的制造方法包含：熱加工用坯料加熱工序，在950～1150℃的溫度范圍對所述熱加工用坯料進行1小時以上的加熱保持，其中，所述熱加工用坯料按質(zhì)量％計具有如下組成：C：0.001～0.050％、Al：1.0～4.0％、Ti：3.0～7.0％、Cr：12～18％、Co：12～30％、Mo：1.5～5.5％、W：0.5～2.5％、B：0.001～0.050％、Zr：0.001～0.100％、Mg：0～0.01％、Fe：0～5％、Ta：0～3％、Nb：0～3％，剩余部分由Ni以及雜質(zhì)構成；以及熱加工工序，使用加熱至800～1150℃的溫度范圍的模具對所述熱加工用坯料進行熱加工。

技術領域

本發(fā)明涉及一種Ni基超耐熱合金的制造方法。

背景技術

在航空發(fā)動機、發(fā)電用燃氣輪機的耐熱構件中，利用含有許多Al、Ti等合金元素的、γ’(Gamma prime)相析出強化型的Ni基超耐熱合金。

在渦輪的零件當中、被要求高強度和可靠性的渦輪盤中，利用了Ni基鍛造合金。在此，鍛造合金是指，與以鑄造凝固組織的狀態(tài)被使用的鑄造合金對比使用的術語，是利用如下工藝制造出的材料，即，通過對使鑄造凝固組織熔融/凝固得到的錠進行熱加工而制成規(guī)定的零件形狀。通過熱加工，粗大且不均質(zhì)的鑄造凝固組織變化成微細且均質(zhì)的鍛造組織，由此拉伸特性、疲勞特性等機械特性得以改善。對于航空器用發(fā)動機構件、發(fā)電用燃氣輪機構件而言，在渦輪運轉(zhuǎn)過程中，各構件所暴露的溫度、所負荷的應力的程度不同，需要根據(jù)對于各構件的負荷狀況，預先使坯料的屈服強度、疲勞強度、蠕變強度的平衡優(yōu)化。一般而言，對于該平衡的優(yōu)化而言，重要的是能根據(jù)用途來控制作為Ni基超耐熱合金的基體的γ(gamma)相的結(jié)晶粒度。對于提高屈服強度、疲勞強度而言，重要的是使基體的結(jié)晶粒度微細化，但另一方面，產(chǎn)品坯料越大型化，嚴格控制結(jié)晶粒度越變得非常困難。

為了提高發(fā)動機效率，盡可能在高溫下使渦輪運轉(zhuǎn)是有效的，為此，需要提高各渦輪構件的耐用溫度。對于提高Ni基超耐熱合金的耐用溫度而言，提高γ’相的量是有效的，因此，即使在鍛造合金中，在被要求高強度的構件中，也使用γ’相的析出量多的合金。γ’相是由Ni₃Al構成的金屬間化合物，以Ti、Nb、Ta為代表的元素固溶于該γ’相，由此，材料強度進一步提高。但是，當作為這種γ’相的形成元素的Al、Ti、Nb、Ta的量提高時，作為強化相的γ’相的量變得過多，因此，以壓鍛為代表的熱加工變得困難，并成為在制造過程中熱加工用坯料產(chǎn)生裂紋的原因。因此，一般情況下，與不借助于熱加工的鑄造合金相比，Al、Ti等有助于強化的成分會受到限定。作為目前具有最高強度的渦輪盤材料，可列舉出Udimet720Li(Udimet(R)是Special Metals公司的注冊商標)，Al、Ti量按質(zhì)量％計分別為2.5％、5.0％，γ’相的量在760℃下約為45％。Udimet 720Li雖然具有高強度，但γ’相的量多，因此，可以算作熱加工最困難的Ni基超耐熱合金之一。

如此，在用于渦輪盤的鍛造合金中，兼顧強度和熱加工性是重大的材料問題，對解決該問題的合金成分、制造方法進行了開發(fā)。

例如，在專利文獻1中，公開了一種能通過以往的熔融/鍛造工藝進行制造的高強度合金的發(fā)明。與Udimet 720Li相比，雖然是含有許多Ti的成分，但通過添加許多Co而能提高組織穩(wěn)定性，也能進行熱加工。不過，該合金的γ’相的量也為45％～50％，與Udimet720Li同樣多，因此，熱加工極其困難。

另一方面，也出現(xiàn)了通過制造工藝來改善熱加工性的嘗試。在非專利文獻1中，關于Udimet 720Li的鍛造品，顯示出如下實驗結(jié)果：升溫至1110℃后的冷卻速度越慢，熱加工性越提高。雖然通過熱處理會改善熱加工性是重要的見解，但在實際的熱加工工序中，將熱加工用坯料從加熱爐取出后，由于與外部空氣、熱加工裝置的模具的接觸，因此，熱加工用坯料的表面溫度會顯著降低。此時，會留下如下問題：變形阻力因在材料表面被冷卻的過程中所析出的γ’相而增大，容易導致表面的熱加工裂紋。