镍基合金制造技术

一种镍基合金组合物，其由以重量百分比计的以下各成分组成：4.0％‑6.9％的铝、0.0％‑23.4％的钴、9.1％‑11.9％的铬、0.1％‑4.0％的钼、0.6％‑3.7％的铌、0.0‑1.0％的钽、0.0％‑3.0％的钛、0.0％‑10.9％的钨、0.02wt.％‑0.35wt.％的碳、0.001‑0.2wt.％的硼、0.001wt.％‑0.5wt.％的锆、0.0‑0.5％的硅、0.0‑0.1％的钇、0.0‑0.1％的镧、0.0‑0.1％的铈、0.0‑0.003％硫、0.0‑0.25％的锰、0.0‑0.5％的铜、0.0‑0.5％的铪、0.0‑0.5％的钒、0.0‑10.0％的铁，余量是镍和附带杂质。

Nickel based alloy

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】镍基合金
本专利技术涉及一种镍基超合金组合物，其用作废气涡轮增压器装置内的涡轮机叶轮。以前，人们倾向于将在航空发动机上经过验证的镍基超合金转移到这样的应用中。然而，事实证明这在很大程度上是不合适的，原因可能是由诸如废气温度和生产成本的因素确定的必要设计意图得不到重视。
技术介绍
表1中列出了用于涡轮增压器装置内的涡轮机叶轮的镍基超合金的典型组合物的实例。合金IN713C和IN713LC通常用于最大操作温度不超过900-950℃的应用中；超过该温度，这些合金的抗拉强度和蠕变阻力不足。对于超过950℃的温度，必须使用Mar-M246和Mar-M247，这些合金可以在高达1050℃的温度下使用，原因是它们具有更好的高温强度和蠕变阻力。然而，Mar-M246和Mar-M247合金的成本明显高于IN713C和IN713LC，并且这些合金的耐腐蚀性也大大降低。本专利技术提供一种合金，其设计成具有与Mar-M246和Mar-M247合金等级相当的抗拉强度和蠕变的合金。这些机械性能与合金成本的降低和抗氧化性/耐腐蚀性的改善一起实现。新合金的性能平衡使其适用于许多高温涡轮机械应用。特别是用作废气涡轮增压器装置内的涡轮机叶轮，其中增加的废气温度需要高度的机械强度并且抵抗侵蚀性蠕变和腐蚀损坏。表1：用于汽车涡轮增压器的常规铸造的镍基超合金的标称组成(以重量％计)。这些材料由于它们具有出色的抗机械和化学降解性而用于生产废气涡轮增压器装置内的涡轮机叶轮。它们含有多达十种不同的合金元素，这些合金元素是赋予期望的性能组合所必需的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于生产废气涡轮增压器装置内的涡轮机叶轮的镍基合金，其具有与用于这些应用的最强合金相当的机械性能，同时降低了成本并改善了抗氧化性/耐腐蚀性。本专利技术提供了一种镍基合金组合物，其包括由以重量百分比计的以下各成分或由其组成：4.0％-6.9％的铝、0.0％-23.4％的钴、9.1％-11.9％的铬、0.1％-4.0％的钼、0.6％-3.7％的铌、0.0-1.0％的钽、0.0％-3.0％的钛、0.0％-10.9％的钨、0.02wt.％-0.35wt.％的碳、0.001-0.2wt.％的硼、0.001wt.％-0.5wt.％的锆、0.0-0.5％的硅、0.0-0.1％的钇、0.0-0.1％的镧、0.0-0.1％的铈、0.0-0.003％硫、0.0-0.25％的锰、0.0-0.5％的铜、0.0-0.5％的铪、0.0-0.5％的钒，余量是镍和附带杂质。在本专利技术中，(i)铝可以以4.0％至小于4.4％或以4.4％至6.9％存在，和/或(ii)钴可以以0.0％至小于0.3％或小于0.6％、或以从0.3％或0.6％至23.4％存在，和/或(iii)钛可以以0.0％至2.0％或以大于2.0％至3.0％存在。本专利技术提供了一种镍基合金组合物，其包括由以重量百分比计的以下各成分或由其组成：4.4％-6.9％的铝、从0.3％或0.6％至23.4％的钴、9.1％-11.9％的铬、0.1％-4.0％的钼、0.6％-3.7％的铌、0.0-1.0％的钽、0.0％-2.0％的钛、0.0％-10.9％的钨、0.02wt.％-0.35wt.％的碳、0.001-0.2wt.％的硼、0.001wt.％-0.5wt.％的锆、0.0-0.5％的硅、0.0-0.1％的钇、0.0-0.1％的镧、0.0-0.1％的铈、0.0-0.003％的硫、0.0-0.25％的锰、0.0-0.5％的铜、0.0％-0.5％的铪、0.0％-0.5％的钒，余量是镍和附带杂质。在一个实施方案中，满足以下等式，其中，WNb、WTa、WTi和WAl分别是合金中的铌、钽、钛和铝的重量百分比：19≤(WNb+WTa+WTi)+3.2WAl≤24.5，优选20≤(WNb+WTa+WTi)+3.2WAl≤24.5。这实现了期望的γ'的体积分数，并且由此实现了抵抗蠕变变形和蠕变断裂寿命。在一个实施方案中，满足以下等式，其中，WW和WMo分别是合金中的钨和钼的重量百分比：9.4≤WW+2.9WMo，优选11.6≤WW+2.9WMo。这确保γ相很强。在一个实施方案中，所述镍基合金组合物由重量百分比为10.1％或更多的铬、优选10.3％或更多的铬、更优选10.5％或更多的铬组成。这提供了甚至更好的抗氧化性/耐腐蚀性。在一个实施方案中，所述镍基合金组合物由重量百分比为11.0％或更少的铬组成。这最小化了形成TCP相的风险。在一个实施方案中，所述镍基合金组合物由重量百分比为0.3％或更多的钼、优选0.5％或更多的钼、更优选1.0％或更多的钼组成。这允许实现更强的伽玛基体(gammamatrix)以及允许更高水平的铬，由此实现良好的抗氧化性/耐腐蚀性而不增加形成TCP相的机会。在一个实施方案中，所述镍基合金组合物由重量百分比为3.0％或更少的钼、优选2.8％或更少的钼、更优选2.5％或更少的钼组成。这在固溶强化和抗氧化性/耐腐蚀性之间实现了良好的平衡。在一个实施方案中，所述镍基合金组合物由重量百分比为2.5％或更少的钛、优选2.0％或更少的钛、更优选1.8％或更少的钛、最优选1.6％或更少的钛组成。钛含量的这种限制导致强度和抗氧化性的最佳组合。在一个实施方案中，所述镍基合金组合物由重量百分比为22.6％或更少的钴组成。这使得生产合金在成本、基体的固溶强化和蠕变阻力之间具有良好的平衡。还原钴甚至进一步降低了成本，从而使得在一个实施方案中，所述镍基合金组合物由重量百分比为17.0％或更少的钴、优选15.0％或更少的钴组成。在一个实施方案中，所述镍基合金组合物由重量百分比为0.3％或更多的钴、优选0.6％或更多的钴、更优选7.0％或更多、或7.5％或更多的钴、最优选9.2％或更多的钴组成。这导致合金具有良好的蠕变阻力，但代价是成本增加。在一个实施方案中，所述镍基合金组合物由重量百分比为0.2％或更少的铪组成。这有利于束缚合金中的附带杂质并提供强度。在一个实施方案中，所述镍基合金组合物由重量百分比为2.9％或更多的钨组成。增加钨的最小含量会导致更好的蠕变阻力。在一个实施方案中，所述镍基合金组合物由重量百分比为0.5％或更少的钽、优选0.1％或更少的钽组成。保持低的钽水平是有利的，原因是与可以代替它的其他元素相比，钽非常昂贵。在一个实施方案中，所述镍基合金组合物由重量百分比为4.4％或更多的铝、优选4.5％或更多的铝、更优选4.8％或更多的铝组成。提高铝水平可以获得期望的γ'的体积分数而不需要使用大量的钽，并且由此有助于保持合金的低成本。在一个实施方案中，元素钴、钨和钼的总量的重量百分比为11.2％或更高，优选18.1％或更高，更优选19.8％或更高。增加元素钴、钨和钼的总量导致更大的蠕变阻力。在一个实施方案中，元素钴、钨和钼的总量为26.6％或更少，优选20.1％或更少，更优选17.1％或更少，并且最优选12.6％或更少。这允许铌和钴浓度保持较低，并且由此在保持机械性能的同时实现较低成本的合金。在一个实施方案中，所述镍基合金组合物由重量百分比为0.1％或更多的铁组成。这是优选的，原因是它允许合金由回收金属制造。在一个实施方案中，所述镍基合金组合物由重量百分比为8.0％或更少的铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍基合金组合物，其由以重量百分比计的以下各成分组成：4.0％‑6.9％的铝、0.0％‑23.4％的钴、9.1％‑11.9％的铬、0.1％‑4.0％的钼、0.6％‑3.7％的铌、0.0‑1.0％的钽、0.0％‑3.0％的钛、0.0％‑10.9％的钨、0.02wt.％‑0.35wt.％的碳、0.001‑0.2wt.％的硼、0.001wt.％‑0.5wt.％的锆、0.0‑0.5％的硅、0.0‑0.1％的钇、0.0‑0.1％的镧、0.0‑0.1％的铈、0.0‑0.003％的硫、0.0‑0.25％的锰、0.0‑0.5％的铜、0.0‑0.5％的铪、0.0‑0.5％的钒、0.0‑10.0％的铁，余量是镍和附带杂质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.12 GB 1617326.21.一种镍基合金组合物，其由以重量百分比计的以下各成分组成：4.0％-6.9％的铝、0.0％-23.4％的钴、9.1％-11.9％的铬、0.1％-4.0％的钼、0.6％-3.7％的铌、0.0-1.0％的钽、0.0％-3.0％的钛、0.0％-10.9％的钨、0.02wt.％-0.35wt.％的碳、0.001-0.2wt.％的硼、0.001wt.％-0.5wt.％的锆、0.0-0.5％的硅、0.0-0.1％的钇、0.0-0.1％的镧、0.0-0.1％的铈、0.0-0.003％的硫、0.0-0.25％的锰、0.0-0.5％的铜、0.0-0.5％的铪、0.0-0.5％的钒、0.0-10.0％的铁，余量是镍和附带杂质。2.根据权利要求1所述的镍基合金组合物，其中，满足以下等式，其中，WNb、WTa、WTi和WAl分别是合金中的铌、钽、钛和铝的重量百分比：19≤(WNb+WTa+WTi)+3.2WAl≤24.5优选20≤(WNb+WTa+WTi)+3.2WAl≤24.5。3.根据权利要求1或2所述的镍基合金组合物，其中，满足以下等式，其中，WW和WMo分别是合金中的钨和钼的重量百分比：9.4≤WW+2.9WMo优选11.6≤WW+2.9WMo。4.根据权利要求1-3中任一项所述的镍基合金组合物，其由重量百分比为10.1％或更多的铬组成。5.根据权利要求1-4中任一项所述的镍基合金组合物，其由重量百分比为11.0％或更少的铬组成。6.根据权利要求1-5中任一项所述的镍基合金组合物，其由重量百分比为0.3％或更多的钼、优选0.5％或更多的钼、更优选1.0％或更多的钼组成。7.根据权利要求1-6中任一项所述的镍基合金组合物，其由重量百分比为3.0％或更少的钼、优选2.8％或更少的钼、更优选2.5％或更少的钼组成。8.根据权利要求1-7中任一项所述的镍基合金组合物，其由重量百分比为2.5％或更少的钛、优选2.0％或更少的钛、更优选1.8％或更少的钛、最优选1.6％或更少的钛组成。9.根据权利要求1-8中任一项所述的镍基合金组合物，其由重量百分比为22.6％或更少的钴、优选17.0％或更少的钴、更优选15.0％或更少的钴组成。10.根据权利要求1-9中任一项所述的镍基合金组合物，其由重量百分比为0.3％或更多的钴、优选0.6％或更多的钴、更优选7.0％或更多或7.5％或更多的钴、最优选9.2％或更多的钴组成。11.根据权利要求1-10中任一项所述的镍基合金组合物，其由重量百分比为0.2％或更少的铪组成。12.根据权利要求1-11中任一项所述的镍基合金组合物，其由重量百分比为2.9％或更多的钨组成。13...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·里德，D·克鲁登，
申请(专利权)人：牛津大学创新有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB