一种耐高温合金材料、其制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种耐高温合金材料，属于合金材料技术领域，其化学组成，按重量百分比计为：C 0.05～0.15％、Cr 20.5～23.00％、Mo 8.00～10.00％、Co 0.50～2.50％、W 0.20～1.00％、Fe 17.00～20.00％、B 0.001～0.010％，余量为Ni，还公开了上述材料的制备方法和应用；本发明专利技术的合金材料具有优异的耐高温性能和力学性能，室温(25℃)的抗拉强度σb≥700N/mm2；屈服强度σ0.2≥320N/mm2；伸长率δ5≥50％；高温(816±3℃)蠕变断裂试验≥103N/mm2断裂时间≥25h伸长率δ5≥60％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及合金材料，尤其涉及一种耐高温合金材料、其制备方法及其应用。
技术介绍
在航空
，航空发动机燃烧室部件的工作环境对使用材料提出了苛刻的要求。首先是高温：航空喷气发动机从压气机到尾喷管，各零部件在一定温度下工作，有些零件要在800℃以上的条件下长期工作；其次是高应力：一些高温部件，由于震动、气流的冲刷，特别是旋转造成的离心作用，将承受较大的应力，如涡轮叶片的应力可达300～409Mpa。再次是氧化和腐蚀等化学作用：燃气中存在大量的氧、水气，并存在SO2、H2S等腐蚀性气体，都对高温零件起氧化和腐蚀作用。而且，随着航空燃气涡轮发动机的发展，推重比的增加，发动机部件的工作环境日益苛刻。以涡轮进口温度为例，现役机种为1600K左右，在研机种达到1850～1950K，预研机种将高达2250～2350K。发展更高推重比的燃气涡轮发动机，首要任务是研制使用性能优异的耐高温材料。现有的很多关于耐高温材料的报道，比如申请号为201110125242.X，专利技术名称为“一种Cr改性的高Mo的Ni3Al基单晶高温合金及其制备方法”的中国专利，该单晶高温合金性价比高、使用寿命长、抗氧化腐蚀性能优异,耐1100～1200℃高温下的氧化腐蚀；又比如申请号为201010296131.0专利技术名称为“一种含稀土元素的镍钴基高温合金及其制备方法”中国专利，该专利申请的合金具有优异的可加工性能以及室温至高温拉伸强度，持久性能与高性能铸锻高温合金TMW相当。
技术实现思路
本专利技术的目的之一，就在于提供一种耐高温合金材料，以解决上述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是这样的：一种耐高温合金材料，其化学组成，按重量百分比计为：C(碳)0.05～0.15％Cr(铬)20.5～23.00％Mo(钼)8.00～10.00％Co(钴)0.50～2.50％W(钨)0.20～1.00％Fe(铁)17.00～20.00％B(硼)0.001～0.010％，余量为Ni(镍)。作为优选的技术方案：所述材料中，所含的杂质，按质量百分比计：P≤0.025％S≤0.015％Mn≤1.00％Si≤1.00％Cu≤0.50％。本专利技术的目的之二，在于提供一种上述的耐高温合金材料的制备方法，采用的技术方案为：包括以下步骤：(1)按组分比例称量原料，然后进行熔炼，熔炼温度1450～1470℃，溶液浇注成自耗电极；在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素的含量尽量低；(2)将步骤(1)所得的自耗电极进行重熔精炼，重熔成电渣锭，其目的是进一步降低杂质元素的含量，使其符合设计要求；(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1140～1160℃，保温2～3小时，开始锻造，得到钢棒；然后冷却至室温，再进行表面处理，即得。其中，进行表面处理时，对钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得成品钢棒。作为优选的技术方案：步骤(1)中，熔炼时在真空感应炉中进行。作为优选的技术方案：步骤(2)在电渣炉中进行。作为优选的技术方案：步骤(2)中冷却方式为空冷。Ni基高温合金冷却过程中没有相变，所以优选采用空冷。本专利技术的目的之三，在于提供一种上述合金材料的应用，即将所述合金材料用于制作航空发动机燃烧室部件。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的合金材料具有优异的耐高温性能和力学性能，室温(25℃)的抗拉强度σb≥700N/mm2；屈服强度σ0.2≥320N/mm2；伸长率δ5≥50％；高温(816±3℃)蠕变断裂试验≥103N/mm2断裂时间≥25h伸长率δ5≥60％，同时具有良好抗氧化性，耐腐蚀性，适宜于900℃以下长期使用的航空发动机燃烧室和加力燃烧室零部件，具有良好的焊接性能和冷、热加工成形性。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1-5：采用不同含量的元素，制得合金材料，一共采用了5种不同的配方，各元素的组成见表1，表1中，均为质量百分含量值。表1实施例1-5中各种元素的组成制备方法：(1)按照表1取所需化学元素，在真空感应炉冶炼，熔炼过程中调节化学元素的含量，使其重量百分比如表1：并控制杂质元素的含量尽量低，溶液浇注成自耗电极；(2)将步骤(1)所得的自耗电极于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，使其符合下述要求：余量是Ni及不可避免的杂质；取样分析各组分含量合格后，制成电渣锭。(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热锻造制成钢棒，步骤及工艺参数如下；将钢棒加热至1140～1160℃，保温2～3小时，开始锻造；钢棒锻后空冷至室温；钢棒表面处理，对成品钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得成品钢棒。实施例6材料性能测试在成品钢棒上取样检验力学性能，进行对应的力学性能试验；--试样热处理步骤及工艺参数如下：固溶：加热温度1150±14℃时间10～30Min冷却方式：水冷将实施例1-5所制得的成品钢棒进行性能测试经室温拉伸试验，结果表明其力学性能完全达到设计要求，试验结果如下：室温拉伸：参数σbσ0.2δ5标准≥690≥275≥35单位N/mm2N/mm2％实施例1结果70833651实施例2结果71033550实施例3结果70532152实施例4结果71434150实施例5结果73537550蠕变断裂试验：从上述结果可以看出，用本材料制造的航空用发动机部件，能够满足发动机部件工作环境的使用要求。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温合金材料，其特征在于：其化学组成，按重量百分比计为：C 0.05～0.15％Cr 20.5～23.00％Mo 8.00～10.00％Co 0.50～2.50％W 0.20～1.00％Fe 17.00～20.00％B 0.001～0.010％，余量为Ni。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温合金材料，其特征在于：其化学组成，按重量百分比计为：
C0.05～0.15％
Cr20.5～23.00％
Mo8.00～10.00％
Co0.50～2.50％
W0.20～1.00％
Fe17.00～20.00％
B0.001～0.010％，
余量为Ni。
2.根据权利要求1所述的耐高温合金材料，其特征在于：所述材料中，所含的杂质，按质
量百分比计：
P≤0.025％S≤0.015％
Mn≤1.00％Si≤1.00％
Cu≤0.50％。
3.权利要求1或2所述的耐高温合金材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按组分比例称量原料，然后进行熔炼，熔炼温度1450～1470...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖云虎，雷德江，刘永新，黄志永，张华国，丁勇，
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