[發明專利]一種低密度、高組織穩定性的鈷基高溫合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201810301030.4
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108385010B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 付華棟;謝建新;張毅
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C19/07;C22C1/03
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種低密度、高組織穩定性新型γ′相強化鈷基高溫合金及制備方法，屬于新材料設計與開發技術領域。其化學成分按原子百分數為：5?11％Al，0.01?3％W，20?35％Ni，8?18％Cr，1?6％Mo，0.01?1％(Y/Ce/La任選一種)，0.01?1％Si，0.01?1％B，0.01?1％C，0.01?1％Zr，0.01?1％Hf，0?2％Ta，0?4％Ti，0?4％Fe，0?4％Nb，余量為Co。所設計合金成分對W、Mo、Si和Y/La/Ce元素進行了合理的優化，可顯著降低合金密度，提高合金高溫性能；所開發熔煉工藝可避免低熔點元素的燒損以及高熔點元素的熔化不均勻現象，提高了鑄錠化學成分的準確性和均勻性；所開發合金與同類形變鈷基高溫合金相比，具有更低的密度和更高的中溫組織性能穩定性，是一種優異的形變鈷基高溫結構材料。

技術領域：

本發明屬于新材料設計與開發領域，特別是提供了一種低密度、高組織穩定性γ′相強化鈷基高溫合金的成分及其制備方法。

背景技術：

鈷基高溫合金與鎳基高溫合金相比具有優異的耐熱腐蝕性、耐熱疲勞性與焊接性能，是航空、火箭發動機燃燒室和導向葉片等熱端部件上具有重要應用前景的材料。特別是，γ′相強化Co-Al-W基合金的發現為發展新型鈷基高溫合金開辟了新的道路[Sato J,Omori T,Oikawa K,et al.Cobalt-base high-temperature alloys[J].Science,2006,312(5770):90-1]。

有關新型γ′相強化鈷基高溫合金的研發時間較短，相關研究還非常有限，研究主要集中在合金元素對鈷基高溫合金組織性能的影響上，并未形成系列的合金牌號，特別是形變鈷基高溫合金，迄今僅有德國Neumeier課題組以及英國Dye課題組進行了相關研究。Neumeier等人采用鑄-軋法制備了高性能的新型形變鈷基高溫合金，該合金與難變形鎳基高溫合金U720Li相比有著更大的熱加工區間，屈服強度在溫度800℃以上時高于U720Li合金[Neumeier S,Freund L P,M.Novel wroughtγ/γ′cobalt base superalloyswith high strength and improved oxidation resistance[J].Scripta Materialia,2015,109:104-107]；Dye等人采用粉末冶金的方法制備了新型形變鈷基高溫合金，該合金與MarM247有著相似的屈服強度，在溫度高于750℃后甚至有著更高的強度[Knop M,MulveyP,Ismail F,et al.A New Polycrystalline Co-Ni Superalloy[J].JOM,2014,66(12):2495-2501.]。

然而，目前開發的新型Co-Al-W基合金由于含有5at％～10at％W元素使得合金密度偏高，甚至高于9.0g/cm³，而傳統的形變鎳基高溫合金Wasploy的密度僅為8.2g/cm³。新型鈷基高溫合金的密度偏高的缺點將成為限制其在航空、火箭發動機熱端部件上應用的重要因素之一。因此，降低新型鈷基高溫合金的密度是實現該類合金實際應用的關鍵之一。在保證合金組織性能穩定的前提下，合理替代W元素是降低鈷基高溫合金密度的最有效途徑。

發明內容：

本發明以降低新型鈷基高溫合金密度為目的，通過合金元素選擇優化以及合理的制備工藝制定，開發一種低密度、高組織性能穩定性的新型γ′相形變鈷基高溫合金。

本發明的技術方案為：

一種低密度、高組織穩定性的鈷基高溫合金，其化學成分按原子百分數為：5-11％Al，0.01-3％W，20-35％Ni，8-18％Cr，1-6％Mo，0.01-1％(Y/Ce/La任選一種)，0.01-1％Si，0.01-1％B，0.01-1％C，0.01-1％Zr，0.01-1％Hf，0-2％Ta，0-4％Ti，0-4％Fe，0-4％Nb，余量為Co。