一种镍基高温合金和燃气涡轮发动机部件制造技术

本发明专利技术提供一种镍基高温合金，按质量百分比组成包括：Co：18‑20％；Cr：13‑15％；Al：2.6‑3.4％；Ti：3.3‑3.7％；Ta：1.5‑2.1％；W：1.8‑2.2％；Mo：2.5‑3.5％；Nb：0.1‑0.4％；Hf：0.1‑0.3％；C：0.02‑0.06％；B：0.003‑0.006％；Zr：0.01‑0.02％；余量为Ni和不可避免的杂质。通过采用优化Al、Ti、Nb、Ta元素来增加γ’体积分数，从而降低高温合金材料在高温长时间服役过程中的有害相的析出能力，提高材料的组织稳定性。通过调整W、Mo的含量来提高固溶强化效果并降低TCP相含量。另外，该合金调整了元素Hf、B的含量，并增加了Ta含量，从而提高了γ’相、MC相的稳定性，并有效改善原始颗粒边界(PPB)的析出；因此很好的解决了高温长期服役的镍基高温合金产生有害相的倾向，提升了合金材料的疲劳性能。

A nickel based superalloy and a gas turbine engine component

The invention provides a nickel based superalloy, by weight percentage: Co:18 consists of 20% Cr:13; 15% Al:2.6; 3.4% Ti:3.3; 3.7% Ta:1.5; 2.1% W:1.8; 2.2% Mo:2.5; 3.5% Nb:0.1; 0.4% Hf:0.1; 0.3% C:0.02; 0.06% B:0.003; 0.006% Zr: 0.01 0.02%; the balance of Ni and unavoidable impurities; the. By optimizing the contents of Al, Ti, Nb and Ta to increase the volume fraction of gamma, thus reducing the precipitation ability of the harmful phase in the process of high temperature and long service, and improving the microstructure stability of the alloy. By adjusting the content of W and Mo, the effect of solid solution strengthening and the content of TCP phase are improved. In addition, the adjustment of the content of alloy elements Hf, B, and increased the content of Ta, thus improving the gamma 'phase and MC phase stability, and effectively improve the original grain boundary (PPB) precipitation; it is a good solution to the nickel based high temperature alloy high temperature long serving harmful phase tends to improve the fatigue properties of alloy materials.

【技术实现步骤摘要】
一种镍基高温合金和燃气涡轮发动机部件
本专利技术涉及高温合金
，尤其涉及一种镍基高温合金和燃气涡轮发动机部件。
技术介绍
一般来说，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，高温强度较差，不适合在较高温度条件下(>800℃)应用，通常只能在650℃以下使用；而钴是一种重要的战略资源，世界上大多数国家缺钴，使钴基合金的发展受到了资源的限制。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700-1100℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化性、抗燃气腐蚀能力。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；二是可以形成有序的L12结构金属间化合物γ’-[Ni(Al,Ti,Ta)]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。尽管镍基高温合金具有优异的高温性能诸如：抗疲劳、耐腐蚀及抗氧化等性能，但是高温长期服役的镍基合金在疲劳强度、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。因而，如何提高高温长期服役的镍基合金的高温力学性能，成了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和燃气涡轮发动机部件，本专利技术提供的镍基高温合金在长期高温的条件下，具有较好的力学性能。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种镍基高温合金，按质量百分比组成包括：Co：18-20％；Cr：13-15％；Al：2.6-3.4％；Ti：3.3-3.7％；Ta：1.5-2.1％；W：1.8-2.2％；Mo：2.5-3.5％；Nb：0.1-0.4％；Hf：0.1-0.3％；C：0.02-0.06％；B：0.003-0.006％；Zr：0.01-0.02％；余量为Ni和不可避免的杂质。优选的，所述Co的质量百分比具体为18.5-19.5％。优选的，所述Cr的质量百分比具体为13.5-14.5％。优选的，所述Al的质量百分比具体为2.8-3.2％。优选的，所述Ti的质量百分比具体为3.4-3.6％。优选的，所述W的质量百分比具体为1.9-2.1％。优选的，所述Mo的质量百分比具体为2.75-3.25％。优选的，所述Nb的质量百分比具体为0.1-0.3％。优选的，其中的质量百分比具体为：Co：19％；Cr：14％；Al：3.0％；Ti：3.5％；Ta：1.8％；W：2.0％；Mo：3.0％；Nb：0.2％；Hf：0.2％；C：0.03％；B：0.005％；Zr：0.015％。一种燃气涡轮发动机部件，所述部件的材质为如上述任一所述的一种镍基高温合金。本专利技术中的镍基高温合金由于按质量百分比组成包括：Co：18-20％；Cr：13-15％；Al：2.6-3.4％；Ti：3.3-3.7％；Ta：1.5-2.1％；W：1.8-2.2％；Mo：2.5-3.5％；Nb：0.1-0.4％；Hf：0.1-0.3％；C：0.02-0.06％；B：0.003-0.006％；Zr：0.01-0.02％；余量为Ni和不可避免的杂质。与现有技术相比，本专利技术提高了材料的组织稳定性，特别是提高了γ’相、MC相的稳定性.并有效改善原始颗粒边界(PPB)的析出；解决了高温长期服役的镍基高温合金产生有害相的问题，提升了合金材料的疲劳性能。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。采用本专利技术所设计的高温合金，制备的物品，尤其制备燃气涡轮发动机，特别是制备其关键热端部件，均具有较好的力学性能和高温长期服役的组织稳定性，以及较好的合金承温能力。附图说明图1为本专利技术实施例中的合金144与第二代典型的粉末冶金高温合金在850℃下的γ’强化相含量对比图；图2为本专利技术实施例中的合金144与第二代典型的粉末冶金高温合金的γ’相完全溶解温度对比图；图3为本专利技术实施例中的合金144与第二代典型的粉末冶金高温合金的有害相σ相的最大摩尔含量对比图；图4为本专利技术实施例中的合金144与第二代典型的粉末冶金高温合金的固液相线的差值对比图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术所用原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或是按照本领域技术人员熟知的制备方法制备得到即可。本专利技术所述高温合金及其制备的物品，对其制备方法和其它原料的来源没有特别限制，按照本领域技术人员熟知的制备方法制备得到或是在市场上购买的即可。下面结合附图和较佳的实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术实施例公开了一种高温合金，按质量百分比组成包括：Co：18～20％；Cr：13～15％；Al：2.6-3.4％；Ti：3.3～3.7％；Ta：1.5～2.1％；W：1.8～2.2％；Mo：2.5～3.5％；Nb：0.1～0.4％；Hf：0.1～0.3％；C：0.02～0.06％；B：0.003～0.006％；Zr：0.01～0.02％；余量为Ni和不可避免的杂质。与现有技术相比，本专利技术实施例通过采用优化Al、Ti、Nb、Ta元素来增加γ’体积分数，从而降低高温合金材料在高温长时间服役过程中的有害相的析出能力，提高材料的组织稳定性。通过调整W、Mo的含量来提高固溶强化效果并降低TCP(拓扑密堆相)相含量。另外，该合金调整了元素Hf、B的含量，并增加了Ta含量，从而提高了γ’相、MC相的稳定性，并有效改善原始颗粒边界(PPB)的析出；因此很好的解决了高温长期服役的镍基高温合金产生有害相的倾向，提升了合金材料的疲劳性能的问题。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。采用本专利技术所设计的高温合金，制备的物品，尤其制备燃气涡轮发动机，特别是制备其关键热端部件，均具有较好的力学性能和高温长期服役的组织稳定性，以及较好的合金承温能力。本专利技术实施例提供的高温合金，即一种粉末冶金镍合金，按质量百分比组成，所述元素Nb的质量百分比含量优选为0.1～0.4％，优选为0.1％～0.3％，本实施例优选为0.2％，当然也可以为0.1％，或为0.4％；本专利技术实施例对元素Nb的来源没有特别限定，以本领域技术人员熟知的元素Nb的来源或市售的元素Nb即可；本专利技术实施例对元素Nb的纯度没有特别限制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍基高温合金，其特征在于，按质量百分比组成包括：Co：18‑20％；Cr：13‑15％；Al：2.6‑3.4％；Ti：3.3‑3.7％；Ta：1.5‑2.1％；W：1.8‑2.2％；Mo：2.5‑3.5％；Nb：0.1‑0.4％；Hf：0.1‑0.3％；C：0.02‑0.06％；B：0.003‑0.006％；Zr：0.01‑0.02％；余量为Ni和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种镍基高温合金，其特征在于，按质量百分比组成包括：Co：18-20％；Cr：13-15％；Al：2.6-3.4％；Ti：3.3-3.7％；Ta：1.5-2.1％；W：1.8-2.2％；Mo：2.5-3.5％；Nb：0.1-0.4％；Hf：0.1-0.3％；C：0.02-0.06％；B：0.003-0.006％；Zr：0.01-0.02％；余量为Ni和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金，其特征在于，所述Co的质量百分比具体为18.5-19.5％。3.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金，其特征在于，所述Cr的质量百分比具体为13.5-14.5％。4.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金，其特征在于，所述Al的质量百分比具体为2.8-3.2％。5.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯赣江，孙乃荣，熊江英，
申请(专利权)人：深圳市万泽中南研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44