[發明專利]一種鎳基定向柱晶高溫合金及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210543445.9
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN115044804B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 劉林;王曉娟;黃太文
• 申請（專利權）人: 蘇州高晶新材料科技有限公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C1/02;C22F1/10;C22F1/02;C30B28/06;C30B29/52;C30B33/02;F01D5/28
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 李博

本發明提供了一種鎳基定向柱晶高溫合金及其制備方法和應用，屬于鎳基高溫合金技術領域。本發明提供的鎳基定向柱晶高溫合金，包括如下質量百分比的組分：Co12～14％，Cr3～5％，W4～7％，Mo0.5～2.0％，Re3～4％，Al5.5～6.0％，Ta6～9％，Hf0.09～0.2％，C0.05～0.1％，B0.005～0.012％和余量Ni。本發明提供的鎳基定向柱晶高溫合金通過優化和調整合金化元素的含量，能夠有效提高調控合金的凝固特性、碳化物及析出相數量、共晶組織以及改善元素偏析問題，從而使鎳基定向柱晶高溫合金獲得優良的抗蠕變性能。

技術領域

本發明涉及鎳基高溫合金技術領域，尤其涉及一種鎳基定向柱晶高溫合金及其制備方法和應用。

背景技術

鎳基定向柱晶高溫合金由于優良的高溫力學性能，被廣泛應用于航空發動機、地面燃氣輪機的渦輪葉片和導向葉片等關鍵熱端部件。但是由于定向柱晶高溫合金中仍存在平行于晶粒生長方向的晶界，實際服役過程中復雜、多維度的載荷容易造成定向柱晶零部件在晶界位置發生失效。因此，定向柱晶高溫合金的晶界強化是合金設計關注的重要內容。

目前，國外定向柱晶高溫合金已經發展到第四代，而我國的定向柱晶高溫合金大部分還處在第一代。第一代定向柱晶高溫合金中，TMD-5已用于發動機一級葉片，GTD111、MGA1400和PWA1422已被制成地面燃氣輪機的一級和二級葉片，其耐溫能力比普通鑄造合金提高了約50℃。第二代定向柱晶合金含有3wt％左右的Re(錸)，其力學性能水平與第一代單晶高溫合金相當，承溫能力比第一代柱晶高溫合金提高了28～35℃。第三代定向柱晶合金TMD-103，其蠕變強度與第二代單晶高溫合金CMSX-4相當，且抗氧化性能比CMSX-4合金好。第四代定向柱晶合金TMD-107與第三代柱晶合金TMD-103相比，其蠕變強度和組織穩定性更好，性能水平與第三代單晶高溫合金相當。

在以上鎳基柱晶高溫合金逐代更替的過程中，合金成分發展的特點之一是難熔元素Re(錸)的加入量增加有效提高了鎳基高溫合金的高溫抗蠕變性能。這是由于難熔元素Re降低了元素擴散、延緩了γ′相長大，有效地阻礙了位錯運動，提高了固溶強化效果，從而提高了合金的高溫蠕變性能。但是，難熔元素Re密度大、熔點高、擴散慢，導致了嚴重枝晶偏析和凝固組織缺陷等。因此，一味通過添加較高含量的Re(錸)以獲得較高抗蠕變性能會大大降低合金的力學性能。進而，鎳基定向柱晶高溫合金的高溫抗蠕變性能的進一步提升成為了本領域技術人員共同面臨的難題。

因此，亟需提供一種鎳基定向柱晶高溫合金，使其具有優良的高溫抗蠕變性能，能夠在航空發動機、地面燃氣輪機的渦輪葉片和導向葉片等關鍵熱端部件具有更好的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鎳基定向柱晶高溫合金及其制備方法和應用，本發明提供的鎳基定向柱晶高溫合金具有高的抗蠕變性能，工作溫度高且蠕變壽命長。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種鎳基定向柱晶高溫合金，包括如下質量百分比的組分：Co 12～14％，Cr 3～5％，W 4～7％，Mo 0.5～2.0％，Re 3～4％，Al 5.5～6.0％，Ta 6～9％，Hf0.09～0.2％，C 0.05～0.1％，B 0.005～0.012％和余量Ni。

優選地，所述鎳基定向柱晶高溫合金包括如下質量百分比的組分：Co 12.5～13.5％，Cr 3.5～4.5％，W 4.5～6.5％，Mo 1～1.7％，Re 3.2～3.96％，Al 5.6～5.8％，Ta6.5～8.5％，Hf0.1～0.15％，C 0.06～0.09％，B 0.007～0.012％和余量Ni。