[發(fā)明專利]一種用于850℃的變形渦輪盤合金材料及制備工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011114590.2
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112226651B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設計）人: 張勇;姜嘉贏;韋康;賈崇林;王濤;李釗;肖程波
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航發(fā)北京航空材料研究院
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C1/03;C22B9/18;C22F1/10
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發(fā)明屬于航空發(fā)動機渦輪盤用變形高溫合金材料領(lǐng)域；涉及一種用于850℃的變形渦輪盤合金材料及制備工藝；本發(fā)明通過添加較高的元素C，在合金中生成碳化物，通過控制W、Mo元素的添加量，避免合金中TCP相析出；在合金中添加微量稀土進行復合微合金化，進一步提高合金的熱強性，采用含稀土元素的預熔渣進行電渣重熔。重熔用電渣添加微量稀土元素，保證了合金成分；鑄錠成分偏析?。槐景l(fā)明的合金采用小規(guī)格尺寸的電極錠，同時結(jié)合三聯(lián)熔煉工藝，有助于降低合金成分偏析。本發(fā)明制備的合金具有成分均勻、高溫力學性能好等優(yōu)點，能夠滿足高推比先進航空發(fā)動機對高性能變形合金渦輪盤材料的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空發(fā)動機渦輪盤用變形高溫合金材料領(lǐng)域；涉及一種用于850℃的變形渦輪盤合金材料及制備工藝。

背景技術(shù)

該專利的背景技術(shù)為航空發(fā)動機渦輪盤用變形高溫合金成分設計技術(shù)與熔煉技術(shù)。

變形高溫合金具有優(yōu)異的綜合力學性能以及良好的耐腐蝕能力，是航空航天發(fā)動機、燃氣輪機渦輪盤用的關(guān)鍵材料之一。隨著航空發(fā)動機推重比的提高，渦輪前燃氣溫度不斷增加，對渦輪盤合金承溫能力的要求也越來越高。承溫能力指標是在給定外力和斷裂時間條件下，合金能夠承受的最高溫度。目前，世界各國都在研制使用溫度更高、力學性能更好的變形盤合金材料。航空發(fā)動機渦輪盤材料由上世紀40年代承溫能力約550℃的耐熱鋼發(fā)展到合金化程度較低、承溫約650℃的鐵-鎳基高溫合金，典型合金牌號為GH4169，迄今為止已經(jīng)研發(fā)出使用溫度接近750℃的高合金化變形高溫合金，如GH4720Li、GH4169D、GH4065、GH4730、GH4738合金等。其中，GH4169D合金盤件使用溫度為704℃；雖然GH4738合金制備的盤件使用溫度能夠達到800℃，但是強度較低。其中，GH4065對應美國René65合金，是2008年美國ATI Allvac公司與GE發(fā)動機公司研制的一種新型鎳基高強變形高溫合金，該合金是在粉末高溫合金René88DT成分的基礎上，適當調(diào)整了C、Fe等元素的含量以適合變形工藝，長期使用溫度為700℃，短時使用溫度可達到750℃。GH4730合金是對應于法國AD730合金，該合金是法國AD公司在Udimet720Li合金的基礎上研制成功的一種發(fā)動機盤用變形高溫合金，與Udimet720Li合金相比，AD730合金中添加了約4％(重量百分比，下同)的Fe元素和1％左右的Nb元素，把Co、Al、Ti元素的含量稍微降低，改善了合金的成形性。此外，渦輪盤用GH4068是一種Ni-Co基變形高溫合金，承溫能力達到725℃，接近批產(chǎn)的渦輪盤用商用粉末高溫合金的承溫水平，該合金選用的金屬元素與GH4720Li合金基本相同，只是Co元素含量提高到20％～31％，Ti元素含量為5.1％～7.4％。

變形高溫合金渦輪盤材料要求具有優(yōu)異的抗拉、屈服強度，良好的持久、蠕變、疲勞性能，以及低的裂紋擴展速率。目前，國內(nèi)針對850℃下服役的渦輪盤用變形高溫合金材料未開展研究工作，本專利合金成分填補國內(nèi)空白。與其它變形渦輪盤合金相比，本專利設計的850℃用合金成分通過碳化物強化、固溶強化、時效強化，以及復合微合金強化四種方式，保持合金的高溫力學性能。例如，通過添加較高的元素碳(C)，在合金中生成碳化物，在高溫下起到強化作用；通過控制鎢、鉬元素的添加量，避免合金中TCP相析出；在合金中添加微量稀土進行復合微合金化，進一步提高合金的熱強性，添加稀土起到的有益作用包括改進熱加工工藝性能、提高組織穩(wěn)定性提高、改善合金的抗氧化腐蝕能力等。