[發明專利]一種高韌性高抗疲勞含釔系鎳基高溫合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201810296380.6
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108342619A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 李建;雷德江;張華國;粟碩;周江波;韋家向;付洋
• 申請（專利權）人: 四川六合鍛造股份有限公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C1/02
• 代理公司: 成都帝鵬知識產權代理事務所(普通合伙) 51265
• 代理人: 韓建功

本發明涉及鎳基高溫合金領域，具體涉及一種高韌性高抗疲勞含釔系鎳基高溫合金及其制備方法。本發明制備的鎳基高溫合金，以重量百分比計，所述合金包括：Cr：14.5～17％；Ti：2.5～4.5％；Fe：2.5～3％；C：0.01～0.025％；Al：2.5～3.5％；Cu：4～6％；Nb：0.01～0.25％；Zr：0.15～0.25％；Mn：1.01～1.05％；Y：6.5～8.5％；余量為Ni和不可避免的雜質；本發明將合金斷裂韌性極大提升至50.2MPa·m^1/2，并且本發明在5x10⁷次方循環下的旋轉彎曲疲勞極限σ700℃的極限可達800MPa，具有優異的抗疲勞性能。

技術領域

本發明涉及含釔鎳基高溫合金領域，具體涉及一種高韌性高抗疲勞含釔系高溫合金及其制備方法。

背景技術

隨著科學技術的進步，航空發動機效率與推力都在不斷地提高；近年來，航空發動機用渦輪葉片材料的溫度每年約以8℃的速度穩定增長，發動機性能的增長也為發動機金屬材料的性能也提出了更高的要求。因此，如何滿足日益增長的葉片材料的性能需求是高溫合金領域的一個重要的研究課題。

鎳基高溫合金是30年代后期開始研制的；鎳本身是一種多功能的耐腐蝕材料，有著卓越的特性，鎳基合金比鐵基合金與鈷基合金都有更高的高溫強度；但由于渦輪葉片工作溫度的提高，要求合金有更高的強度，然而合金的強度高了，其變形的難度也隨之加大，部分鎳基合金甚至出現了不能變形的情況；而航空發動機用的渦輪葉片不僅要有更高的強度，更要有優異的韌性與抗疲勞抗老化的性能。這是由于航空噴氣發動機由于震動、氣流的沖刷，其部件必須要承受較大的應力；而應力幅值越大越容易加大金屬疲勞，造成金屬構件的斷裂，不僅損害經濟價值，并且造成安全隱患。因此一種韌性與抗疲勞性均極佳的鎳基合金是十分必要的。

但現有的鎳基高溫合金抗疲勞的性能差；大部分的鎳基合金老化速度快，服役時間短，進而造成了發動機使用壽命短，增加了高額的生產成本，不利于生產。

發明內容

為了解決上述問題，本發明志在提供一種高韌性、高抗疲勞的鎳基高溫合金及其制備方法，本發明的目的還在于提供一種在5x10⁷次方循環次數下的旋轉彎曲疲勞極限σ700℃的極限可達800MPa，具有極穩定的疲勞性能的鎳基合金。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的，一種高韌性高抗疲勞含釔系鎳基高溫合金，以重量百分比計，所述合金包括：Cr：14.5～17％；Ti：2.5～4.5％；Fe：2.5～3％；C：0.01～0.025％；Al：2.5～3.5％；Cu：4～6％；Nb：0.01～0.25％；Zr：0.15～0.25％；Mn：1.01～1.05％；Y:6.5～8.5％；余量為Ni和不可避免的雜質。

為了提高鎳基合金的韌性與抗疲勞性能，發明人對鎳基合金的元素配比進行了深入的研究，現有的技術在組分中配比稀土元素，以提高金屬的抗疲勞本領。然而稀土元素有17種之多，不同的元素與不同的比例究竟會對鎳基合金的性能有什么樣的影響，發明人無從得知。現有發明大多利用釔元素對金屬的抗氧化性進行提高，但其對金屬韌性與抗疲勞性的技術效果難以知曉，并且現有發明中一般在產品中復配技術萬分之幾與千分之幾的釔，本發明人通過研究發現6.5～8.5％的釔對金屬的韌性于抗疲勞性有極佳的技術效果，如本發明具體實施方式中記載，對比例1中將“釔”元素替換為“鑭”，對比例2中將“釔”的元素比例調整為0.05％，均無法獲得本發明的技術效果。

優選的方案是：以重量百分比計，所述合金包括：Cr：15.5～16.5％；Ti：2.75～4.25％；Fe：2.75～3％；C：0.01～0.025％；Al：2.75～3.25％；Cu：4.25～5.5％；Nb：0.01～0.25％；Zr：0.2～0.25％；Mn：1.01～1.05％；Y:7～8％；余量為Ni和不可避免的雜質，在此組分配比下，本發明的韌性與抗疲勞的性能更佳。