一种新型高热强性镍基粉末高温合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种新型高热强性镍基粉末高温合金，按质量百分比计，包括C 0.04％～0.09％，Co 9.5％～11.5％，Cr 9.5％～11.5％，W 3.8％～4.2％，Mo 2.8％～3.2％，Al 3.3％～3.7％，Ti 2.3％～2.7％，Nb 3.8％～4.2％，B 0.006％～0.015％，Zr 0.03％～0.07％，Hf 0.3％～1.5％，Re<0.3％，余量为Ni。同时，本发明专利技术还公开了一种新型高热强性镍基粉末高温合金的制备方法。本发明专利技术通过调整设计合金中固溶和γ′相强化元素含量，使基体和γ′相具有较高的高温强度和优异的高温稳定性。

A new high thermal strength nickel base powder superalloy and its preparation method

The invention relates to a novel high strength nickel base superalloy, according to the mass percentage, including C 0.04% ~ 0.09%, 9.5% ~ 11.5% Co, Cr 9.5% ~ 11.5%, 3.8% ~ 4.2% W, Mo 2.8% ~ 3.2%, 3.3% ~ 3.7% Al, Ti 2.3% ~ 2.7%, Nb 3.8% ~ 4.2%, 0.006% ~ 0.015% B, Zr 0.03% ~ 0.07%, 0.3% ~ 1.5% Hf, Re< 0.3%, the rest is Ni. At the same time, the invention also discloses a new preparation method of a new high heat and strong nickel base powder superalloy. By adjusting and designing the solid content and the gamma 'phase strengthening element content in the alloy, the present invention has high high-temperature strength and excellent high temperature stability for the matrix and the gamma' phase.

【技术实现步骤摘要】
一种新型高热强性镍基粉末高温合金及其制备方法
本专利技术涉及镍基粉末高温合金
，尤其涉及一种新型高热强性镍基粉末高温合金及其制备方法。
技术介绍
粉末高温合金相比传统的铸造高温合金，由于粉末高温合金的预合金粉末在高冷速下冷却成形，使得合金成分均匀，消除了宏观偏析，晶粒尺寸达到微米级，改善了合金热加工性能，提高了合金拉伸强度。粉末高温合金是航空发动机涡轮盘等热端转动部件的关键材料，发动机在实际运转中，涡轮盘盘心处承受极大的离心力，需要较高的拉伸强度，而涡轮盘的盘缘处温度比盘心处温度高，需要较好的持久性能和抗蠕变性能。高温合金的强化手段主要有三种：一是固溶强化，即通过添加一些固溶元素到合金中，形成合金化的单相奥氏体，提高合金基体强度；二是第二相强化，即第二相与基体相之间产生晶格错配，形成弹性应力场，或者改变位错运动的机制，来阻碍位错的运动；三是晶界强化，晶界是高温合金，特别是粉末高温合金的薄弱环节，合金的断裂往往呈现为沿晶断裂模式，减少晶界有害相的含量，改善晶界相的形态和分布，可以提高晶界强度，从而达到提高合金强度的效果。就镍基粉末高温合金而言，国外通过调整合金成分来提高其强度，已做了大量的研究工作。以俄罗斯为例，在EP741P合金成分基础上，通过调整C、Cr、W、Mo、Co等元素含量实现固溶强化等强化效果，在不明显损失合金塑性的前提下，研制出的VV750P合金的拉伸强度较EP741P合金有明显提高。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种新型高热强性镍基粉末高温合金及其制备方法，并不限制在某种合金的基础上进行改进，而是从合金性能出发，逆向思维来调整合金成分，然后进行适当的热处理，使新型高热强性镍基粉末高温合金具有优异的拉伸和持久强度。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种新型高热强性镍基粉末高温合金，按质量百分比计，包括C0.04％～0.09％，Co9.5％～11.5％，Cr9.5％～11.5％，W3.8％～4.2％，Mo2.8％～3.2％，Al3.3％～3.7％，Ti2.3％～2.7％，Nb3.8％～4.2％，B0.006％～0.015％，Zr0.03％～0.07％，Hf0.3％～1.5％，Re&lt;0.3％，余量为Ni。本专利技术有益效果如下：本专利技术通过在合金中添加Re元素和Hf元素，调整了Co、Cr、W、Mo、Nb等元素含量，微量Re可以提高γ′相高温稳定性，微量Hf能够改变合金中主要强化相γ′相和碳化物的组成，提高γ′相强度，增加W元素可以提高基体固溶强化效果，调整Co、Cr、Nb含量，是为了保证合金组织稳定；与FGH4095合金相比，本专利技术高热强性镍基粉末高温合金的拉伸和持久强度均优于FGH4095，且持久寿命能够提高1倍以上，有利于实际生产应用。在上述方案的基础上，本专利技术还做了如下改进：优选地，所述镍基粉末高温合金按质量百分比计包括：C0.05％～0.07％，Co10.0％～11.0％，Cr10.0％～11.0％，W3.9％～4.1％，Mo2.9％～3.1％，Al3.4％～3.6％，Ti2.4％～2.6％，Nb3.9％～4.1％，B0.008％～0.013％，Zr0.04％～0.06％，Hf0.8％～1.5％，Re&lt;0.3％，余量为Ni。本专利技术有益效果如下：本专利技术选择上述范围，镍基粉末高温合金的拉伸和持久强度均有更好的效果。优选地，所述镍基粉末高温合金按质量百分比计包括：C0.06％，Co10.5％，Cr10.5％，W4.0％，Mo3.0％，Al3.5％，Ti2.5％，Nb4.0％，B0.011％，Zr0.05％，Hf1.5％，Re0.1％，其余为Ni。本专利技术选择上述组分，所制备的合金力学性能最优，持久寿命与FGH4095相比提高了1倍以上。进一步的，所述镍基粉末高温合金的γ′相完全溶解温度为1163℃～1172℃。进一步的，所述镍基粉末高温合金中的主要析出相为γ′相，所述γ′相质量分数为50％～60％。采用上述进一步方案的有益效果是：本专利技术通过上述成分范围所制备的镍基粉末高温合金的γ′相具有较高的高温强度和优异的高温稳定性，使得合金的高温性能相对与FGH4095合金优异。进一步的，所述镍基粉末高温合金的γ基体中W元素的质量分数为3.13％～3.76％。本专利技术中W元素的质量分数范围能够提高基体的固溶强化效果，保证本专利技术所制备的合金组织稳定；本专利技术中微量Re元素能够提高γ′相高温稳定性，保证了合金组织的稳定。一种新型高热强性镍基粉末高温合金的制备方法，包括等离子旋转电极法制备粉末；热等静压成形；热处理：1130℃～1150℃/1h～3h/盐淬/空冷+870℃/1h～3h/空冷+650℃/16h～28h/空冷。本专利技术制备方法：通过上述温度范围进行限定热处理，能够保证本专利技术所制备的高热强性镍基粉末高温合金具有好的高温综合性能。进一步的，所述热处理为1135℃～1145℃/1.5h～2.5h/盐淬/空冷+870℃/1.3h～2.8h/空冷+650℃/18h～25h/空冷。本专利技术的热处理所制备出的镍基粉末高温合金具有更好的性能，合金的拉伸和持久强度较高。所述热处理为1138℃～1142℃/1.8h～2.7h/盐淬/空冷+870℃/1.5h～2h/空冷+650℃/20h～23h/空冷。进一步的，所述热处理为1140℃/2h/盐淬/空冷+870℃/2.5h/空冷+650℃/23.5h/空冷。本专利技术选择上述热处理，所制备出的镍基高温合金的持久强度要比FGH4095的持久强度高一倍以上。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术新型热强性镍基粉末高温合金，通过调整设计合金中固溶和γ′相强化元素含量，使基体和γ′相具有较高的高温强度和优异的高温稳定性，合金的高温综合性能与FGH4095合金相比较优；(2)本专利技术新型热强性镍基粉末高温合金，与FGH4095合金相比，本专利技术合金添加了合金化元素Re和Hf，提高了合金中Co、Nb和W的含量，降低了Cr和Mo的含量，并进行适当的热处理，使合金具有较优异的拉伸和持久强度，当合金中Hf元素为1.5％，Re元素为0.1％时，本专利技术所制备的合金的持久寿命提高了一倍。本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。具体实施方式下面来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，本专利技术的实施例用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术的一个具体实施例，公开了一种高热强性粉末高温合金及其制备方法，在本专利技术镍基粉末高温合金的化学成分范围内，即在按质量百分比计为C0.04％～0.09％，Co9.5％～11.5％，Cr9.5％～11.5％，W3.8％～4.2％，Mo2.8％～3.2％，Al3.3％～3.7％，Ti2.3％～2.7％，Nb3.8％～4.2％，B0.006％～0.015％，Zr0.03％～0.07％，Hf0.3％～1.5％，Re&lt;0.3％，余量为Ni的范围内，用25kg真空感应炉熔炼了2种不同含量配比的合金棒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型高热强性镍基粉末高温合金，其特征在于，按质量百分比计，包括C 0.04％～0.09％，Co 9.5％～11.5％，Cr 9.5％～11.5％，W 3.8％～4.2％，Mo 2.8％～3.2％，Al 3.3％～3.7％，Ti 2.3％～2.7％，Nb 3.8％～4.2％，B 0.006％～0.015％，Zr 0.03％～0.07％，Hf 0.3％～1.5％，Re<0.3％，余量为Ni。

【技术特征摘要】
1.一种新型高热强性镍基粉末高温合金，其特征在于，按质量百分比计，包括C0.04％～0.09％，Co9.5％～11.5％，Cr9.5％～11.5％，W3.8％～4.2％，Mo2.8％～3.2％，Al3.3％～3.7％，Ti2.3％～2.7％，Nb3.8％～4.2％，B0.006％～0.015％，Zr0.03％～0.07％，Hf0.3％～1.5％，Re&lt;0.3％，余量为Ni。2.根据权利要求1所述的一种新型高热强性镍基粉末高温合金，其特征在于，所述镍基粉末高温合金按质量百分比计包括：C0.05％～0.07％，Co10.0％～11.0％，Cr10.0％～11.0％，W3.9％～4.1％，Mo2.9％～3.1％，Al3.4％～3.6％，Ti2.4％～2.6％，Nb3.9％～4.1％，B0.008％～0.013％，Zr0.04％～0.06％，Hf0.8％～1.5％，Re&lt;0.3％，余量为Ni。3.根据权利要求1或2所述的一种新型高热强性镍基粉末高温合金，其特征在于，所述镍基粉末高温合金按质量百分比计包括：C0.06％，Co10.5％，Cr10.5％，W4.0％，Mo3.0％，Al3.5％，Ti2.5％，Nb4.0％，B0.011％，Zr0.05％，Hf1.5％，Re0.1％，其余为Ni。4.根据权利要求1或2或3所述的一种新型高热强性镍基粉末高温合金，其特征在于，所述镍基粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：张义文，贾建，孙志坤，刘建涛，韩寿波，刘明东，
申请(专利权)人：北京钢研高纳科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11