一种镍基高温合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种镍基高温合金及其制备方法，尤其是一种粉末不含元素Nb的冶金镍合金，以及由此得到的制造物品，按质量百分比组成包括：Co：12.5～13.5％，Cr：13.75～14.25％，Al：2.8～3.2％，Ti：3.8～4.2％，W：3.75～4.25％，Mo：3.75～4.25％，Ta：2.8～3.2％，Hf：0.17～0.23％，C：0.04～0.06％，B：0.003～0.015％，Zr：0.03～0.07％，余量为Ni。本发明专利技术设计的高温合金具有更好的组织稳定性和高温强度，合金承温能力进一步提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高温合金
，尤其涉及一种镍基高温合金及其制备方法。
技术介绍
通常来说，高温合金是指在600℃以上及一定应力条件下能够长期工作的高温金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。随着工业的高速发展，高温合金在各个领域中展现出了良好的应用前景，主要用于制造燃气涡轮发动机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、高压压气机盘和燃烧室等高温部件。高温合金材料按照制备工艺可分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末冶金高温合金。高温合金材料按基体元素主要可分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。由于铁基高温合金组织不够稳定抗氧化性较差，高温强度不足，不能在更高温度条件下应用，只能在中等温度(600～800℃)条件下使用；而钴是一种重要的战略资源，世界上大多数国家缺钴，以至于，钴基合金的发展受到了钴资源的限制。因而，以镍为基体(含量一般大于50％)的镍基高温合金成为了目前高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金，其在650～1000℃范围内具有较的强度和良好的抗氧化性、抗燃气腐蚀能力的高温合金。镍基高温合金具有诸多优点，一是可以溶解较多的合金元素，且能保持较好的稳定性；二是可以形成共格有序的A3B型金属间化合物γ’-[Ni(Al,Ti)]相作为强化相，使合金的得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力，通常其可以含有十多种元素，而Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。虽然粉末冶金高温合金经过了三代的发展历程，第一代特点为高强度，如Wasploy、Astraloy、FGH97等，第二代将提高耐损伤容限能力成为发展重点，如Rene88(DT)、U720Li、FGH96等，第三代的发展以融合优异的高温强度和耐损伤容限能力作为重点，如ME3、RR1000等，但是现代燃气涡轮发动机的关键热端部件要求其镍基高温合金具有长期的高温组织稳定性、抗疲劳、耐腐蚀及抗氧化等性能，而镍基高温合金在高温长期服役的过程中在疲劳强度、屈服强度和极限抗拉强度等力学性能方面均会出现明显下降。如何提高高温长期服役的镍基合金的稳定性和高温力学性能，是业内亟待解决的关键问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种镍基高温合金及其制备方法，尤其是一种不含元素Nb的冶金镍合金。本专利技术提供的镍基高温合金在长期高温的条件下，具有较好的稳定性和高温承温能力。本专利技术提供了一种高温合金，其特征在于，按质量百分比组成包括：Co：12.5～13.5％；Cr：13.75～14.25％；Al：2.8～3.2％；Ti：3.8～4.2％；W：3.75～4.25％；Mo：3.75～4.25％；Ta：2.8～3.2％；Hf：0.17～0.23％；C：0.04～0.06％；B：0.003～0.015％；Zr：0.03～0.07％；余量为Ni。优选的，包括12.7～13.2％的Co。优选的，包括13.85～14.15％的Cr。优选的，包括2.9～3.1％的Al。优选的，包括3.9～4.1％的Ti。优选的，包括3.85～4.15％的W。优选的，包括3.85～4.15％的Mo。优选的，包括2.9～3.1％的Ta。优选的，包括0.18～0.22％的Hf。本专利技术提供了一种高温合金，其特征在于，按质量百分比组成包括：Co：13％；Cr：14％；Al：3.0％；Ti：4.0％；W：4.0％；Mo：4.0％；Ta：3.0％；Hf：0.2％；C：0.05％；B：0.009％；Zr：0.05％；余量为Ni。本专利技术还提供了一种高温合金，其特征在于，按质量百分比组成包括：Co：13％；Cr：14.1％；Al：3.05％；Ti：3.95％；W：3.9％；Mo：4.1％；Ta：3.05％；Hf：0.19％；C：0.05％；B：0.009％；Zr：0.05％；余量为Ni。本专利技术提供了一种物品，其特征在于，所述物品用于燃气涡轮发动机，且按质量百分比组成，包含由以下元素形成的高温合金：Co：12.5～13.5％；Cr：13.75～14.25％；Al：2.8～3.2％；Ti：3.8～4.2％；W：3.75～4.25％；Mo：3.75～4.25％；Ta：2.8～3.2％；Hf：0.17～0.23％；C：0.04～0.06％；B：0.003～0.015％；Zr：0.03～0.07％；余量为Ni。优选的，包括12.7～13.2％的Co。优选的，包括13.85～14.15％的Cr。优选的，包括2.9～3.1％的Al。优选的，包括3.9～4.1％的Ti。优选的，包括3.85～4.15％的W。优选的，包括3.85～4.15％的Mo。优选的，包括2.9～3.1％的Ta。优选的，包括0.18～0.22％的Hf。优选的，所述物品用于燃气涡轮发动机的热端部件。本专利技术提供了一种物品，其特征在于，所述物品用于燃气涡轮发动机，且按质量百分比组成，包含由以下元素形成的高温合金：Co：13％；Cr：14％；Al：3.0％；Ti：4.0％；W：4.0％；Mo：4.0％；Ta：3.0％；Hf：0.2％；C：0.05％；B：0.009％；Zr：0.05％；余量为Ni。优选的，所述物品用于燃气涡轮发动机的热端部件。本专利技术还提供了一种物品，其特征在于，所述物品用于燃气涡轮发动机，且按质量百分比组成，包含由以下元素形成的高温合金：Co：13％；Cr：14.1％；Al：3.05％；Ti：3.95％；W：3.9％；Mo：4.1％；Ta：3.05％；Hf：0.19％；C：0.05％；B：0.009％；Zr：0.05％；余量为Ni。优选的，所述物品用于燃气涡轮发动机的热端部件。本专利技术一种镍基高温合金及其制备方法，尤其是一种粉末不含元素Nb的冶金镍合金，以及由此得到的制造物品，按质量百分比组成包括：Co：12.5～13.5％，Cr：13.75～14.25％，Al：2.8～3.2％，Ti：3.8～4.2％，W：3.75～4.25％，Mo：3.75～4.25％，Ta：2.8～3.2％，Hf：0.17～0.23％，C：0.04～0.06％，B：0.003～0.015％，Zr：0.03～0.07％，余量为Ni。与现有技术相比，本专利技术通过替代元素Nb，并提高Ta元素的添加量，来提高TCP相形成的门槛值，从而降低高温合金材料在高温长时间服役过程中的析出能力，提高材料的组织稳定性。通过添加合金元素Hf提高γ’相的稳定性。而且，元素Hf不仅可进入γ′、MC和γ相中提高其稳定性，还可与氧结合，净化晶界，元素Hf还是强碳化物形成元素，在粉末颗粒内能形成更稳定的碳化物，有效的改善原始颗粒边界(PPB)的析出，从而在根本上，解决高温长期服役的镍基高温合金，产生的TCP相(拓扑密排相，如sigma相、μ相等)严重影响合金材料的疲劳性能的问题，以及高温服役过程中γ’相的粗化也会降低合金材料的屈服强度和极限抗拉强度的现象。实验结果表明，其各项指标能够优于现有的高温合金，尤其是现有的粉末冶金高温合金，其合金承温能力比第二代粉末冶金高温合金提高约30℃。附图说明图1为本专利技术实施例1中的高温合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温合金，其特征在于，按质量百分比组成包括：Co：12.5～13.5％；Cr：13.75～14.25％；Al：2.8～3.2％；Ti：3.8～4.2％；W：3.75～4.25％；Mo：3.75～4.25％；Ta：2.8～3.2％；Hf：0.17～0.23％；C：0.04～0.06％；B：0.003～0.015％；Zr：0.03～0.07％；余量为Ni。

【技术特征摘要】
1.一种高温合金，其特征在于，按质量百分比组成包括：Co：12.5～13.5％；Cr：13.75～14.25％；Al：2.8～3.2％；Ti：3.8～4.2％；W：3.75～4.25％；Mo：3.75～4.25％；Ta：2.8～3.2％；Hf：0.17～0.23％；C：0.04～0.06％；B：0.003～0.015％；Zr：0.03～0.07％；余量为Ni。2.根据权利要求1所述的高温合金，其特征在于，包括12.7～13.2％的Co。3.根据权利要求1所述的高温合金，其特征在于，包括13.85～14.15％的Cr。4.根据权利要求1所述的高温合金，其特征在于，包括2.9～3.1％的Al。5.根据权利要求1所述的高温合金，其特征在于，包括3.9～4.1％的Ti。6.根据权利要求1所述的高温合金，其特征在于，包括3.85～4.15％的W。7.根据权利要求1所述的高温合金，其特征在于，包括3.85～4.15％的Mo。8.根据权利要求1所述的高温合金，其特征在于，包括2.9～3.1％的Ta。9.根据权利要求1所述的高温合金，其特征在于，包括0.18～0.22％的Hf。10.一种高温合金，其特征在于，按质量百分比组成包括：Co：13％；Cr：14％；Al：3.0％；Ti：4.0％；W：4.0％；Mo：4.0％；Ta：3.0％；Hf：0.2％；C：0.05％；B：0.009％；Zr：0.05％；余量为Ni。11.一种高温合金，其特征在于，按质量百分比组成包括：Co：13％；Cr：14.1％；Al：3.05％；Ti：3.95％；W：3.9％；Mo：4.1％；Ta：3.05％；Hf：0.19％；C：0.05％；B：0.009％；Zr：0.05％；余量为Ni。12.一种物品，其特征在于，所述物品用于燃气涡轮发动机，且按质量百分比组成，包含由以下元素形成的高温合金：Co：12.5～13.5％；Cr：13.75～14.25％；Al：2.8～3.2％；Ti：3.8～...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：中南大学，深圳市万泽中南研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43