一种Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供一种Ni‑Cr‑Mo‑Co‑W系高温合金材料，属于合金材料技术领域。所述高温合金材料按重量百分比计，包括以下组分，C：0.05～0.15％、Cr：20.5～23.0％、Co：0.5～2.5％、Mo：8.0～10.0％、W：0.2～1.0％、Fe：17.0～20.0％、Mn≤1.0％、P≤0.04％、Si≤1.0％、S≤0.03％，余量的Ni和不可避免的杂质。本发明专利技术还涉及所述合金材料的制备方法及应用。本发明专利技术Ni‑Cr‑Mo‑Co‑W系高温合金材料在室温(25℃)下的抗拉强度≥700N/mm

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合金材料
，具体为一种Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料、其制备方法及应用。
技术介绍
在航空
，航空发动机的热部件中，叶片材料的使用条件最为苛刻。涡轮叶片是燃气轮机的关键部件，为了提高发动机的效率，必须不断提高涡轮燃气进口温度。一般叶身部分的温度达650℃以上，甚至高达980℃，叶根部分的温度也高达700℃以上。而且涡轮叶片承受气动力和离心力的作用，产生拉应力和弯曲应力，同时燃气流的高速脉冲，使叶片产生震动应力。叶身部分承受平均拉应力140Mpa，叶根部分承受的拉应力达280Mpa以上，因此叶片材料要有足够的高温拉伸强度、持久强度和蠕变强度，此外还要有良好的机械疲劳、热疲劳性能、抗氧化性能、抗热腐蚀性能和一定的塑性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于航空发动机热部件叶片材料的Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料、其制备方法及应用。本专利技术高温合金材料其在室温下的抗拉强度≥700N/mm2，屈服强度≥316N/mm2，断后伸长率≥35％；在应力105Mpa、温度815～820℃条件下断后伸长率≥30％，持久断裂时间≥32h；应力175Mpa、温度815～820℃条件下断后伸长率≥10％，持久断裂时间≥16h。本专利技术目的通过下述技术方案来实现：一种Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料，按重量百分比计，所述合金材料包括以下组分，C：0.05～0.15％、Cr：20.5～23.0％、Co：0.5～2.5％、Mo：8.0～10.0％、W：0.2～1.0％、Fe：17.0～20.0％、Mn≤1.0％、P≤0.04％、Si≤1.0％、S≤0.03％，余量的Ni和不可避免的杂质。本专利技术高温合金材料战略合金元素含量较低，在满足使用性能要求的前提下能最大限度降低成本。作为本专利技术一种Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料的一个实施例，按重量百分比计，所述合金材料包括以下组分：C：0.08～0.12％、Cr：21.0～22.0％、Co：1.0～2.0％、Mo：8.5～9.5％、W：0.4～0.8％、Fe：17.5～19.0％、Mn≤0.5％、P≤0.02％、Si≤0.7％、S≤0.01％，余量的Ni和不可避免的杂质。作为本专利技术一种Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料的一个实施例，所述合金材料在室温下的抗拉强度≥700N/mm2，屈服强度≥316N/mm2，断后伸长率≥35％；在应力105Mpa、温度815～820℃条件下断后伸长率≥30％，持久断裂时间≥32h；应力175Mpa、温度815～820℃条件下断后伸长率≥10％，持久断裂时间≥16h。本专利技术还涉及所述Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料的制备方法，包括以下步骤：1)按组分配比称量原料，并在1450～1470℃温度下进行熔炼，溶液浇注成自耗电极；2)将自耗电极进行重熔精炼，重熔成电渣锭；3)将电渣锭加热锻造，锻造后空冷至室温，并进行表面处理；4)将表面处理好的煅件在1160～1190℃固溶，水冷后即得成品合金材料。作为本专利技术一种Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料制备方法的一个实施例，步骤(1)中所述熔炼在真空感应炉中进行。作为本专利技术一种Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料制备方法的一个实施例，步骤(2)中所述重熔精炼在电渣炉中进行；所述重熔精炼成电渣锭所用渣料由以下重量百分比的成分组成：CaF2：65％，Al2O3：20％，CaO：10％，MgO：5％。作为本专利技术一种Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料制备方法的一个实施例，步骤(3)中所述加热锻造的温度为1200～1220℃，保温时间为3～5h，开锻温度为1170～1200℃，停锻温度为1040℃。本专利技术锻造温度、保温时间、开煅、停锻温度是根据合金中具体成分元素及含量定制的，采用本专利技术锻造方式能使铸件更好的成型，且具有更好的抗拉及屈服强度，在高温下具有更好的断裂伸长率及持久断裂时间。作为本专利技术一种Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料制备方法的一个实施例，步骤(3)中所述加热锻造采用小变形量、多火次方法进行锻造成材。由于高温合金锻造塑性本身较差，为了能更合金材料进行更好的锻造塑性，本专利技术选择每火次的变形量较小，同时采用多火次方法进行锻造，同时采用本专利技术锻造成材方法能更好的对停锻温度进行控制。作为本专利技术一种Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料制备方法的一个实施例，步骤(4)中所述固溶的保温方式为：每1～5mm保温10～20min；薄板不超过30min；棒材、锻件每20～30mm保温0.5～2h。本专利技术选择固溶保温方式可以达到以下效果：①使锻造组织充分的回复、再结晶；②使高温强化元素Mo、W充分融入基体；③防止晶粒过度长大，从而使合金充分发挥其高温性能。本专利技术还涉及所述Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料的应用，所述合金材料应用于制作航空发动机燃烧室部件。本专利技术的有益效果：1、本专利技术Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料在室温(25℃)下的抗拉强度≥700N/mm2，屈服强度≥316N/mm2，断后伸长率≥35％；在应力105Mpa、温度815～820℃条件下断后伸长率≥30％，持久断裂时间≥32h；应力175Mpa、温度815～820℃条件下断后伸长率≥10％，持久断裂时间≥16h。本专利技术高温合金材料具有良好的力学性能，且高温持久性强，能够满足航空发动机燃烧室部件的高温工作环境。2、本专利技术高温合金材料制备采用固溶分段的保温方式，可以使锻造组织充分的回复、再结晶；使高温强化元素Mo、W充分融入基体；防止晶粒过度长大，从而使合金充分发挥其高温性能。3、本专利技术本专利技术高温合金材料战略合金元素含量较低，在满足使用性能要求的前提下能最大限度降低成本。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。采用不同组分进行本专利技术Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料的制备，本专利技术提供4个实施例，各实施例合金材料的组成成分如下表1所示：表1本专利技术Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料组成成分实施例NiCrMoCoWCFeMnPSiS148.221.08.51.50.70.0618.00.80.040.30.02246.923.09.40.80.90.1018.90.60.030.70.03344.021.58.92.40.50.1517.20.10.011.00.02450.722.09.51.50.30.1319.70.40.020.70.01实施例1按照本专利技术合金材料制备方法进行本实施例合金材料的制备，具体步骤如下：1)按表1中实施例1的组分配比称量原料，并在1460℃温度下的真空感应炉中进行熔炼，溶液浇注成自耗电极；2)将自耗电极在电渣炉中进行重熔精炼，重熔成电渣锭，其中，渣料由以下重量百分比的成分组成：CaF2：65％，Al2O3：20％，CaO：10％，MgO：5％。3)将电渣锭采用小变形量、多火次方的方式进行加热锻造成材，其中，加热温度为1200℃，保温时间为4小时，开锻温度为1180℃，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ni‑Cr‑Mo‑Co‑W系高温合金材料，其特征在于，按重量百分比计，所述合金材料包括以下组分，C：0.05～0.15％、Cr：20.5～23.0％、Co：0.5～2.5％、Mo：8.0～10.0％、W：0.2～1.0％、Fe：17.0～20.0％、Mn≤1.0％、P≤0.04％、Si≤1.0％、S≤0.03％，余量的Ni和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料，其特征在于，按重量百分比计，所述合金材料包括以下组分，C：0.05～0.15％、Cr：20.5～23.0％、Co：0.5～2.5％、Mo：8.0～10.0％、W：0.2～1.0％、Fe：17.0～20.0％、Mn≤1.0％、P≤0.04％、Si≤1.0％、S≤0.03％，余量的Ni和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述一种Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料，其特征在于，按重量百分比计，所述合金材料包括以下组分：C：0.08～0.12％、Cr：21.0～22.0％、Co：1.0～2.0％、Mo：8.5～9.5％、W：0.4～0.8％、Fe：17.5～19.0％、Mn≤0.5％、P≤0.02％、Si≤0.7％、S≤0.01％，余量的Ni和不可避免的杂质。3.如权利要求1或2所述一种Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料，其特征在于，所述合金材料在室温下的抗拉强度≥700N/mm2，屈服强度≥316N/mm2，断后伸长率≥35％；所述合金材料在应力105Mpa、温度815～820℃条件下断后伸长率≥30％，持久断裂时间≥32h；应力175Mpa、温度815～820℃条件下断后伸长率≥10％，持久断裂时间≥16h。4.如权利要求1所述一种Ni-Cr-Mo-Co-W系高温合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按组分配比称量原料，并在1450～1470℃温度下进行熔炼，溶液浇注成自耗电极；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建，雷德江，刘永新，黄志永，张华国，丁勇，熊安文，廖云虎，朱小阳，刘继江，
申请(专利权)人：四川六合锻造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51