一种镍基合金、其制备方法与制造物品技术

本发明专利技术提供了一种镍基合金、其制备方法与制造物品，合金由以下元素组成：5.25wt％～6.25wt％的铝；5.0wt％～7.0wt％的铬；5.5wt％～7.0wt％的钴；1.0wt％～2.2wt％的钼；3.5wt％～8.5wt％的钨；0.5wt％～1.5wt％的钛；5.5wt％～8.0wt％的钽；1.0wt％～6.0wt％的铼；0.0wt％～0.25wt％的铪；0.0wt％～0.1wt％的碳；0.0wt％～0.01wt％的硼；余量的镍。本申请通过合理配置Mo、W、Ta和Re等难熔元素的总含量，显著降低了合金偏析，并使铸态组织中共晶相的体积分数低于3.5％，保持了合金良好的组织稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种镍基合金、其制备方法与制造物品
本专利技术涉及镍基合金
，尤其涉及一种镍基合金、其制备方法与制造物品。
技术介绍
高温合金是为高温环境服役(650℃以上)而发展的一类合金，通常以Fe、Co或Ni元素为基体，含有大量主合金元素Cr、Al、Ti、Ta、Nb、Mo、W或Re等以及微量元素C、B、Zr或Hf等，主要应用在燃气涡轮发动机(包括航空涡轮发动机和地面燃气涡轮发动机)、火箭推进器和核反应堆等的热端部件。相比铁基(铁镍基)高温合金和钴基高温合金，镍基高温合金本身具有较良好的抗氧化性，并且具有兼顾强度和韧性的面心立方晶体结构以及更高的相稳定性等，因此在发动机热端部件上的应用更为广泛。从微观组织上看，镍基高温合金主要由连续的γ基体相和离散的γ′沉淀相构成；γ相和γ′相均为面心立方结构，相界面完全共格，但晶格常数存在微小的差异，存在晶格错配度。合金元素Cr、Mo、W和Re等主要偏析在γ相，起到固溶强化的作用；Al、Ti、Nb和Ta主要参与形成Ni3(Al,Ti,Nb,Ta)相，即γ′相，起到明显的沉淀强化作用；当含有微量C或B元素时，合金中还会形成少量碳化物或硼化物，起到一定的沉淀强化作用。当成分设计不合理时，合金在高温长时服役条件下容易析出富含Cr、Mo、W或Re元素的拓扑密排相(TCP相)，例如σ相、μ相和P相等；TCP相本身较脆，并且抽取了大量固溶强化元素，因此会大幅度降低合金的高温强度。因此，在合金设计时应当避免TCP相的出现。高温合金的发展与涡轮发动机的发展密不可分。涡轮发动机属于热机的一种，提高燃气的温度有利于增加涡轮发动机的整体性能，例如增加燃烧效率，从而增加推重比，减少二氧化碳的排放量。因此先进涡轮发动机的发展要求不断提高燃烧室、高压导向叶片和高压涡轮叶片等热端部件的服役温度，促进了高温合金的不断发展。涡轮叶片在服役时受燃气的推动而围绕涡轮轴高速旋转，由于自身重量的原因将在叶片上产生显著的离心应力，因此首先要求叶片材料在高温下能够长时间承受应力的作用，即具有良好的高温抗蠕变性能；其次，燃气中残留氧气的存在要求叶片材料具有良好的高温抗氧化性；长时间的高温作用要求叶片材料具有良好的组织稳定性，即不会析出降低高温强度的脆性TCP相。此外，叶片材料重要的物理和力学性能还包括密度、抗热腐蚀性能、抗疲劳性能等。从微观结构上看，通过变形或传统铸造方式制造的高温合金由不同晶体取向的晶粒构成，晶粒之间存在晶界。相比晶粒内部，晶界实际上属于一种晶体面缺陷，其原子的错排非常严重，具有较高密度的空位和位错。在高温热激活的作用下，晶界容易发生明显的软化，其结合强度显著低于晶粒内部。因此在高温下受到载荷时，垂直于载荷方向的晶界(横向晶界)更容易成为裂纹起源或裂纹扩展通道，导致材料的高温强度显著降低。通过定向凝固工艺消除横向晶界后，镍基高温合金的高温强度可以得到显著提高，由此发展出了定向凝固高温合金。进一步通过单晶工艺完全消除晶界后，又发展出了单晶高温合金。由于不存在晶界，单晶高温合金大幅度减少了晶界强化元素C、B、Zr和Hf等的加入。限制这些元素的含量后，合金的熔点得到了大幅度提高，因而可以采用更高温度的固溶热处理完全消除凝固时形成的铸态组织，得到细小均匀的沉淀相分布，从而再次提高合金的高温强度。然而，随着难熔元素，特别是W和Re含量的增加，镍基合金铸态组织中易形成显著的微观偏析——W和Re等难熔元素聚集在枝晶干，而Al，Ti和Ta等元素聚集在枝晶间，导致枝晶间形成大量的低熔点共晶相，严重影响固溶处理的进行。未消除的元素偏析导致了镍基合金成分和组织的不均匀，将降低合金在长时服役条件下的组织稳定性和力学性能。为了提高镍基合金的固溶处理程度，通常采用更高的固溶处理时间和更高的固溶处理温度，在共晶相不发生熔化的条件下，使难熔元素充分地发生扩散，从而消除铸造组织中的微观偏析。例如含Re量3.0wt％，含W量6.4wt％的CMSX-4合金，铸态组织中共晶相体积分数达到12.4％，其固溶处理温度高达1324℃，总固溶处理时间长达16h；而含Re量为6wt％，含W量为5wt％的CMSX-10合金，铸态组织中共晶相体积分数达25.6％，其固溶处理温度高达1365℃，总固溶处理时间长达45h。尽管这种高温热处理能够有效的消除镍基合金中的微观偏析，但复杂且极高温的热处理制度不但严重影响合金的制造工艺进度，而且对热处理设备提出了严峻的考验。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种镍基合金，本申请提供的镍基合金具有较低的微观偏析程度和较低的共晶相分数，以保证合金组织稳定性和力学性能的发挥。有鉴于此，本申请提供了一种镍基合金，由以下元素组成：5.25wt％～6.25wt％的铝；5.0wt％～7.0wt％的铬；5.5wt％～7.0wt％的钴；1.0wt％～2.2wt％的钼；3.5wt％～8.5wt％的钨；0.5wt％～1.5wt％的钛；5.5wt％～8.0wt％的钽；1.0wt％～6.0wt％的铼；0.0wt％～0.25wt％的铪；0.0wt％～0.1wt％的碳；0.0wt％～0.01wt％的硼；余量的镍。优选的，所述铝的含量为5.6wt％～5.9wt％。优选的，所述铬的含量为5.8wt％～6.2wt％。优选的，所述钴的含量为6.2wt％～6.6wt％。优选的，所述钼的含量为1.5wt％～1.7wt％。优选的，所述钨的含量为5.5wt.％～7.5wt％。优选的，所述钨的含量为6.3wt％～6.7wt％。优选的，所述钛的含量为0.5wt％～1.1wt％。优选的，所述钽的含量为6.0wt％～7.6wt％。优选的，所述铼的含量为1.0～3.0wt％。优选的，所述铼的含量为1.4wt％～1.6wt％。优选的，所述铼的含量为3.0wt％～6.0wt％。优选的，所述铪的含量为0.08wt％～0.12wt％。优选的，所述碳的含量为0.0wt％～0.04wt％，所述硼的含量为0.0wt％～0.004wt％。优选的，由以下元素组成：5.75wt％的铝，6.0wt％的铬，6.3wt％的钴，1.6wt％的钼，6.5wt％的钨，0.6wt％的钛，7.5wt％的钽，1.5wt％的铼，0.1wt％的铪与余量的镍。优选的，由以下元素组成：5.78wt％的铝，6.0wt％的铬，6.4wt％的钴，1.6wt％的钼，6.5wt％的钨，1.0wt％的钛，6.2wt％的钽，1.5wt％的铼，0.1wt％的铪与余量的镍。优选的，由以下元素组成：5.75wt％的铝，6.0wt％的铬，6.3wt％的钴，1.6wt％的钼，5.0wt％的钨，0.6wt％的钛，7.5wt％的钽，3.0wt％的铼，0.1wt％的铪与余量的镍。优选的，由以下元素组成：5.75wt％的铝，6.0wt％的铬，6.3wt％的钴，1.6wt％的钼，3.0wt％的钨，0.6wt％的钛，7.5wt％的钽，5.0wt％的铼，0.1wt％的铪与余量的镍。本申请还提供了所述的镍基合金的制备方法，包括以下步骤：A)按照成分配比制备镍基母合金铸锭；B)将所述镍基母合金铸锭重熔，再制备镍基合金铸件；C)将所述镍基合金铸件进行热处理，得到镍基合金。优选的，所述镍基合金铸件包括使用熔模铸造法制备的等轴晶铸件、基于布里奇曼法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍基合金，由以下元素组成：5.25wt％～6.25wt％的铝；5.0wt％～7.0wt％的铬；5.5wt％～7.0wt％的钴；1.0wt％～2.2wt％的钼；3.5wt％～8.5wt％的钨；0.5wt％～1.5wt％的钛；5.5wt％～8.0wt％的钽；1.0wt％～6.0wt％的铼；0.0wt％～0.25wt％的铪；0.0wt％～0.1wt％的碳；0.0wt％～0.01wt％的硼；余量的镍。

【技术特征摘要】
1.一种镍基合金，由以下元素组成：5.25wt％～6.25wt％的铝；5.0wt％～7.0wt％的铬；5.5wt％～7.0wt％的钴；1.0wt％～2.2wt％的钼；3.5wt％～8.5wt％的钨；0.5wt％～1.5wt％的钛；5.5wt％～8.0wt％的钽；1.0wt％～6.0wt％的铼；0.0wt％～0.25wt％的铪；0.0wt％～0.1wt％的碳；0.0wt％～0.01wt％的硼；余量的镍。2.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，所述铝的含量为5.6wt％～5.9wt％。3.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，所述铬的含量为5.8wt％～6.2wt％。4.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，所述钴的含量为6.2wt％～6.6wt％。5.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，所述钼的含量为1.5wt％～1.7wt％。6.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，所述钨的含量为5.5wt.％～7.5wt％。7.根据权利要求6所述的镍基合金，其特征在于，所述钨的含量为6.3wt％～6.7wt％。8.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，所述钛的含量为0.5wt％～1.1wt％。9.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，所述钽的含量为6.0wt％～7.6wt％。10.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，所述铼的含量为1.0～3.0wt％。11.根据权利要求10所述的镍基合金，其特征在于，所述铼的含量为1.4wt％～1.6wt％。12.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，所述铼的含量为3.0wt％～6.0wt％。13.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，所述铪的含量为0.08wt％～0.12wt％。14.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，所述碳的含量为0.0wt％～0.04wt％，所述硼的含量为0.0wt％～0.004wt％。15.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，由以下元素组成：5.75wt％的铝，6.0wt％的铬，6.3wt％的钴，1.6wt％的钼，6.5wt％的钨，0.6wt％的钛，7.5wt％的钽...

【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，
类型：发明
国别省市：湖南,43