[發明專利]一種航空發動機鍛造葉片用GH4720Li高溫合金及制備方法及應用、合金鑄錠

有效

• 申請號: 202110985627.7
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113862520B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）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）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域，具體公開了一種航空發動機鍛造葉片用GH4720Li高溫合金及制備方法及應用、合金鑄錠。一種航空發動機鍛造葉片用GH4720Li高溫合金由以下重量分數的元素組成，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℃下的屈服強度可達到900MPa以上，抗拉強度可達到1110MPa以上，且在合金顯微組織分析中，未發現明顯有害TCP相析出，無異常夾雜物聚集。

技術領域

本申請涉及合金制造方法的技術領域，更具體地說，它涉及一種航空發動機鍛造葉片用GH4720Li高溫合金及制備方法及應用、合金鑄錠。

背景技術

鍛造葉片已被廣泛應用于航空發動機壓氣機中，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，其長期穩定服役最高溫度為650℃。而新型航空發動機的高壓壓氣機末級轉子葉片的最高使用溫度已達到了730℃，長時服役溫度也達到了650-700℃，因此，GH4169鎳基高溫合金在650-700℃下的組織穩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到1000℃以上，可滿足新型航空發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，發現GH4720Li高溫合金具有優異高溫穩定性和高溫強度，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，導致材料冶煉過程成分偏析較為嚴重，從而導致GH4720Li高溫合金的塑性較差。另外，對GH4720Li高溫合金內的夾雜物要求也較為嚴格，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致GH4720Li高溫合金的制備及性能。

發明內容

為了提供低碳、低夾雜物的鎳基高溫合金GH4720Li，本申請提供一種航空發動機鍛造葉片用GH4720Li高溫合金及制備方法及應用、合金鑄錠，使GH4720Li鎳基高溫合金在750℃下的組織均勻且力學性能較高。

第一方面，本申請提供一種航空發動機鍛造葉片用GH4720Li高溫合金，采用如下的技術方案：

一種航空發動機鍛造葉片用GH4720Li高溫合金，由以下重量分數的元素組成，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，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。