[發明專利]一種Ce-Mg-N復合處理的GH4065鎳基高溫合金及其制備工藝

有效

• 申請號: 202010133598.7
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111118350B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 付華清;司周祥;劉小佩;徐曉平;姜周華;董艷伍;李毓碩;董君偉
• 申請（專利權）人: 上海一郎合金材料有限公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C1/03;C22F1/10
• 代理公司: 上海唯源專利代理有限公司 31229
• 代理人: 汪家瀚

本發明涉及金屬材料技術領域，特別是涉及一種Ce?Mg?N復合處理的GH4065鎳基高溫合金及其制備工藝。該合金的成分按照質量百分比為，C：≤0.02％，Co：12.80％～13.20％，Cr：15.80％～16.20％，W：3.80％～4.20％，Mo：3.80％～4.20％，Al：2.20％～2.40％，Ti：3.80％～4.00％，Nb：0.60％～0.80％，Fe：0.90％～1.10％，Ce：0.005％～0.03％，Mg：0.002％～0.006％，N：0.1％～0.4％，其余為Ni及少量的O、S等雜質元素。該合金的制備工藝包括真空感應爐+N₂保護氣氛電渣重熔爐熔煉，以及后續的熱加工和熱處理。與普通的GH4065合金相比，通過本發明所述工藝制備出的Ce?Mg?N復合處理的GH4065合金，在高溫條件下的氧化增重速率明顯降低，抗氧化的能力明顯提高，另外，高溫抗拉強度及屈服強度也有一定程度的提高，并且在溫度相對較高時，這種優勢更加明顯。

技術領域

本發明涉及金屬材料技術領域，特別是涉及一種Ce-Mg-N復合處理的GH4065鎳基高溫合金及其制備工藝。

背景技術

渦輪盤是航空發動機的核心部件之一，其性能水平對于發動機的可靠性、使用壽命等方面的提高具有決定性的作用。隨著先進航空渦輪發動機推重比的不斷提高，對變形高溫合金渦輪盤與高壓壓氣機盤等關鍵熱端轉動部件的承溫能力與力學性能的要求隨之提高，服役溫度由650℃提高至700℃，甚至750℃以上。國內外渦輪盤用量最大的傳統變形高溫合金IN718的最高服役溫度為650℃，下一代IN718Plus合金的服役溫度接近700℃。對于服役溫度在700℃以上的航空發動機渦輪盤，一般采用高成本的粉末冶金工藝制備，這主要是因為變形高溫合金性能的提高主要源于合金化程度的提高，而這會導致鑄錠合金元素偏析加重、熱加工性能惡化。

近年來，隨著高溫合金的冶煉工藝、熱加工技術以及大型裝備能力的不斷提高，國內外采用鑄鍛工藝制備高合金化變形高溫合金的能力大幅度提升，如美國ATI公司的René65合金服役溫度可達740℃，應用于新一代LEAP系列航空發動機的渦輪盤及壓氣機盤等關鍵部件。我國近年來研發的GH4065合金，使用溫度可達750℃，其性能與第二代粉末盤René88DT相當，被視為我國未來重點發展的變形渦輪盤材料，但是，若進一步提高工作溫度至800℃以上，渦輪盤的工作環境會更加復雜，對于高溫力學性能、耐氧化性能、耐腐蝕性能等方面的要求相應提高，常規的GH4065合金無法滿足要求。

Ce元素化學性質活潑，加入到高溫合金之后，極易與合金中O、S元素結合，具有非常強的脫氧脫硫作用，同時，適量Ce元素會變質合金中夾雜物的種類，改善夾雜物分布，減輕其危害，另外，Ce元素固溶到合金中，會起到合金化的作用，對高溫合金的力學性能、耐氧化性能以及耐腐蝕性能等方面都有不同程度的影響。

Mg元素與Ce元素作用效果較為類似，也具有非常強的脫氧脫硫、改性夾雜物作用，另外，研究表明Mg元素還可以改善高溫合金的熱加工性、提高高溫合金的抗蠕變性。

N元素可以顯著提高合金耐腐蝕性能，特別是耐局部腐蝕，如耐晶間腐蝕、點腐蝕和縫隙腐蝕等，還可以與高溫合金中的Al、Ti元素形成AlN、TiN，若能控制氮化物尺寸及分布，則對于合金的高溫性能有很好的強化作用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Ce-Mg-N復合處理的GH4065合金及其制備工藝，借助Ce、Mg、N元素的特性，進一步改善GH4065合金的高溫力學性能、耐氧化性能、耐腐蝕性能等，進而提高其使用溫度，拓展其使用領域。

為了實現上述目的，本發明采取了以下技術方案：

(1)在GH4065合金的基礎上，重新設計了成分。具體來說，向合金中添加了Ce、Mg、N元素，同時，調整了合金中Al、Ti元素的含量。

本發明所述高溫合金，具有以下特點：