[發(fā)明專利]一種航空發(fā)動機鍛造葉片用GH4720Li高溫合金及制備方法及應(yīng)用、合金鑄錠

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110985627.7
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113862520B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曲敬龍;杜金輝;史玉亭;谷雨;孟令勝;安騰;段方震;王民慶;秦鶴勇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京鋼研高納科技股份有限公司;鋼鐵研究總院
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C1/02;C22F1/10;F04D29/02;F04D29/26
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 張瑞雪

本申請涉及合金制造方法的領(lǐng)域，具體公開了一種航空發(fā)動機鍛造葉片用GH4720Li高溫合金及制備方法及應(yīng)用、合金鑄錠。一種航空發(fā)動機鍛造葉片用GH4720Li高溫合金由以下重量分?jǐn)?shù)的元素組成，C：0.006?0.012%；Ti：4.95?5.20%；Al：2.45?2.65%；O≤0.002%；N≤0.0032%；Ni為余量。其制備方法為：真空感應(yīng)熔煉、真空自耗熔煉與合金鑄錠均勻化退火。本申請的合金用于制備鍛造坯料或葉片鍛件，750℃下的屈服強度可達(dá)到900MPa以上，抗拉強度可達(dá)到1110MPa以上，且在合金顯微組織分析中，未發(fā)現(xiàn)明顯有害TCP相析出，無異常夾雜物聚集。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及合金制造方法的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，它涉及一種航空發(fā)動機鍛造葉片用GH4720Li高溫合金及制備方法及應(yīng)用、合金鑄錠。

背景技術(shù)

鍛造葉片已被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機壓氣機中，尤其是作為高壓壓氣機的末級葉片。目前，鍛造葉片使用的高溫合金主要為GH4169鎳基高溫合金，其長期穩(wěn)定服役最高溫度為650℃。而新型航空發(fā)動機的高壓壓氣機末級轉(zhuǎn)子葉片的最高使用溫度已達(dá)到了730℃，長時服役溫度也達(dá)到了650-700℃，因此，GH4169鎳基高溫合金在650-700℃下的組織穩(wěn)定性已無法滿足使用要求。

另外，定向凝固高溫合金葉片和單晶高溫合金葉片的使用溫度可達(dá)到1000℃以上，可滿足新型航空發(fā)動機的高壓壓氣機末級葉片的服役溫度，但制備成本高、周期長、成品率低，且使用溫度遠(yuǎn)高于壓氣機葉片的服役溫度，目前主要用于渦輪部位的葉片。

隨著新型高溫合金的研制，發(fā)現(xiàn)GH4720Li高溫合金具有優(yōu)異高溫穩(wěn)定性和高溫強度，能夠滿足鍛造葉片在650-750℃下的服役，通過增加Co、Cr、Al、Ti、W、Mo等合金強化相形成元素，能夠滿足高溫穩(wěn)定性和高溫強度，但由于加入過多合金化的元素，GH4720Li高溫合金的合金化程度較高，導(dǎo)致材料冶煉過程成分偏析較為嚴(yán)重，從而導(dǎo)致GH4720Li高溫合金的塑性較差。另外，對GH4720Li高溫合金內(nèi)的夾雜物要求也較為嚴(yán)格，而夾雜物的控制又較為困難。成分偏析及夾雜物的含量都會直接導(dǎo)致GH4720Li高溫合金的制備及性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了提供低碳、低夾雜物的鎳基高溫合金GH4720Li，本申請?zhí)峁┮环N航空發(fā)動機鍛造葉片用GH4720Li高溫合金及制備方法及應(yīng)用、合金鑄錠，使GH4720Li鎳基高溫合金在750℃下的組織均勻且力學(xué)性能較高。

第一方面，本申請?zhí)峁┮环N航空發(fā)動機鍛造葉片用GH4720Li高溫合金，采用如下的技術(shù)方案：

一種航空發(fā)動機鍛造葉片用GH4720Li高溫合金，由以下重量分?jǐn)?shù)的元素組成，C：0.006-0.012％；Cr：16.0-17.0％；Ti：4.95-5.20％；Al：2.45-2.65％；B：0.01-0.02％；Co：14.00-15.00％；W：1.10-1.40％；Mo：2.75-3.25％；Zr：0.025-0.05％；Fe≤0.50％；Si≤0.2％；P≤0.01％；S≤0.002％；O≤0.002％；N≤0.0032％，Ni為余量。

通過采用上述技術(shù)方案，為了滿足葉片鍛件對拉伸強度與屈服強度較高的要求，本申請中GH4720Li高溫合金通過將C元素控制在更低的范圍內(nèi)，降低碳化物和碳氮化物等夾雜物的形成，更有利于GH4720Li高溫合金、合金鑄錠或者葉片鍛件力學(xué)性能的提高。

Ni、Al與Ti元素，Ni元素是GH4720Li高溫合金的基體組成元素和析出強化相γ′的形成元素，而元素Al與Ti是GH4720Li高溫合金γ′強化相的重要組成元素。

W與Mo同時添加可起到復(fù)合固溶強化作用；適量的Cr元素能提高合金的抗熱腐蝕和抗氧化性能；B與Zr有利于合金制備過程中的強韌性；Fe與Co元素可提高變形鎳基高溫合金的熱延性能，可改善合金冶煉和鍛造的熱加工性能。