[發明專利]一種鎳基高溫合金及其設計方法

有效

• 申請號: 202110394588.3
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113201667B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 梁靜靜;周亦胄;李金國;孫曉峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;B22F1/00;B22F10/28;B33Y70/00
• 代理公司: 北京煦潤律師事務所 11522
• 代理人: 梁永芳

本發明是關于一種鎳基高溫合金及其設計方法，涉及合金設計及增材制造技術領域。主要采用的技術方案為：一種鎳基高溫合金是由增材制造工藝制備，且所述鎳基高溫合金中的用于促進γ′?Ni₃Al第二相析出的合金元素的含量滿足：使所述鎳基高溫合金中的γ′?Ni₃Al第二相的體積分數為45～60％，且鎳基高溫合金中Ti元素的含量為0?4wt％；其中，所述鎳基高溫合金中的用于促進γ′?Ni₃Al第二相析出的合金元素包括Al元素，優選的，還包括Ti和/或Ta元素。本發明將鎳基高溫合金中的γ′?Ni₃Al第二相含量作為平衡高溫力學性能和增材制造成形性的關鍵參量，并提出將γ′?Ni₃Al相含量控制在45～60％范圍內，以兼顧鎳基高溫合金力學性能和成形性能。本發明可為增材制造專用高性能鎳基高溫合金的研發提供指導思想。

技術領域

本發明涉及一種合金設計及增材制造技術領域，特別是涉及一種鎳基高溫合金及其設計方法。

背景技術

鎳基高溫合金具有優異的物理與力學性能，可在高溫、復雜應力環境長期可靠工作，被廣泛用于制造航空、航天、艦船發動機的熱端部件。

目前，鎳基高溫合金構件的制備技術主要包括熔模鑄造技術、粉末冶金技術和變形技術三種。為適應不同的制備技術，研究人員開發出了不同種類的合金材料，比如，K465、K438、K417等鑄造合金，FGH95、FGH96、FGH97等粉末合金，GH4169、GH3536、GH3230等變形合金。上述不同種類的合金具有獨特的成分和組織特征，以適應不同制備技術的要求。

增材制造技術是近年來新興的一種數字化、智能化與柔性化的先進制造技術，在航空航天等領域有著廣闊的應用前景。與傳統熔模鑄造、粉末冶金和鍛造的工藝過程和成形原理不同，增材制造技術是非常小的移動液相熔池在相對非常大的固態基體上非平衡快速凝固過程。在這種成形條件下，熱傳輸、溶質傳輸均發生了較大變化。利用已有針對傳統制備技術開發的合金進行增材制造時，比如GH4169、GH3536等變形合金，雖然可以成形，但是這類合金高溫強度較低，不適用于對高溫力學性能要求較高的構件；而高溫性能較高的K465、K438、K417等鑄造高溫合金，增材制造過程中極易發生裂紋等缺陷，成形性極差。

鑒于此，亟需一種適用于增材制造的可兼顧高溫力學性能和增材制造成形性的鎳基高溫合金成分設計方法。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種鎳基高溫合金及其設計方法，主要目的在于能使增材制造的鎳基高溫合金的裂紋得到有效控制，并保證鎳基高溫合金在高溫下的力學性能。

為達到上述目的，本發明主要提供如下技術方案：

一方面，本發明的實施例提供一種鎳基高溫合金，其中，所述鎳基高溫合金是由增材制造工藝制備，且所述鎳基高溫合金中的用于促進γ′-Ni₃Al第二相析出的合金元素的含量滿足：使所述鎳基高溫合金中的γ′-Ni₃Al第二相的體積分數為45～60％；且所述鎳基高溫合金中Ti元素的含量為0-4wt％；其中，所述鎳基高溫合金中的用于促進γ′-Ni₃Al第二相析出的合金元素包括Al元素，優選的，還包括Ti和/或Ta元素。

優選的，所述鎳基高溫合金中的裂紋長度低于5μm，所述鎳基高溫合金中的裂紋面積百分比低于0.05％(在此的裂紋面積百分比指的是：對合金截面微觀組織進行金相觀察，統計金相照片中裂紋的面積與金相照片的面積的比例)；優選的，所述鎳基高溫合金經后處理工藝，能消除裂紋；進一步優選的，所述后處理工藝選用熱等靜壓工藝或優化增材制造工藝。

另一方面，本發明的實施例還提出一種上述鎳基高溫合金的設計方法，其中，包括如下步驟：