一种钴基变形高温合金及其制备方法技术

一种钴基变形高温合金及其制备方法，属于高温合金技术领域。其合金化学成分按重量百分比为：Cr 9～13％，Ni 20～25％，W 13～18％，Al0.5～4％，Ti 0.5～2.5％，Mo 1～2％，V 0.2～0.8％，C 0.05～0.2％，RE 0.05～0.15％，Mn 0.5～1.5％，Si 0.3～0.8％，B 0.002～0.015％，Zr 0.01～0.12％，余量Co；Al+Ti+V≤6％，其中RE为Ce、La和Y中任一种稀土元素。该合金的制备工艺为将原材料按照比例配料熔炼，锻造电极棒进行重熔，重熔合金锭进行均匀化退火，而后进行锻造，制备成合金棒材，合金棒材进行固溶和时效热处理。优点在于，所制备合金棒材具有高的高温强度、良好的热加工和抗氧化性能。

A cobalt based deformation superalloy and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种钴基变形高温合金及其制备方法
本专利技术属于高温合金
，涉及一种钴基变形高温合金及其制备方法，制备出强度高、热加工性能好、抗氧化性能良好的钴基变形高温合金。
技术介绍
高温合金一般使用在600℃以上高温，承受较大的复杂应力，使用环境极为苛刻。因其具有高的高温强度、良好的抗氧化腐蚀性能、优异的抗蠕变和疲劳性能，以及良好的长期组织稳定性和使用可靠性等综合性能，被广泛应用在航空发动机和工业地面燃气轮机的关键热端部件上。以固溶强化和碳化物强化为主的钴基高温合金是在上世纪三十年代到五十年代期间开发的，并率先在航空发动机热端部件上得到应用。钴基高温合金相比于镍基高温合金具有以下优点：高的熔点、更好的抗氧化、抗腐蚀、抗热疲劳和焊接性能。但是，传统钴基高温合金仅依靠固溶强化和碳化物强化，其高温强度和承温能力显著低于有γ′析出相强化的镍基高温合金，因此钴基高温合金的应用受到了很大的限制。尤其是在钴基变形高温合金方面，可选用的材料屈指可数。直到2006年，Sato等人在Co-Al-W三元铸造合金体系中发现了与镍基高温合金相似的γ′析出强化相，其溶解温度达到990℃，预示着其高温强度和承温能力将显著提高，这是传统钴基高温合金不具备的[SatoJ,OmoriT,OikawaK,etal.Cobalt-basehightemperaturealloys[J].Science,2006,312(5770):90-91.]。随后，其他学者研究表明：Co-Al-W基多晶和单晶合金在850℃和900℃的蠕变性能分别与镍基多晶合金IN100和第一代镍基单晶高温合金RenéN4相当。因此，这种新型钴基合金表现出巨大的发展潜力，并有可能成为新一代的高温结构材料，从而迅速成为国际高温合金界的研究热点。但是，截止目前，已有的新型钴基高温合金主要以低主元(3～5元)的简单成分为主，只有德国S.Neumeier课题组、英国D.Dye课题组、美国CarpenterTechnology公司以及付华栋和冯强课题组对多组元钴基变形高温合金成分进行了报道。S.Neumeier课题组的钴基变形高温合金中γ＇强化相形成元素如Al、Ti、Ta的总含量在4.8～9.1％[NeumeierS,FreundLP,M.Novelwroughtγ/γ′cobaltbasesuperalloyswithhighstrengthandimprovedoxidationresistance[J].ScriptaMaterialia,2015,109:104-107.]。英国D.Dye课题组的钴基变形高温合金的成分特点是高的Ni、Al、Cr含量，其中Ni含量与Co含量相当，Al、Cr总量超过17.7％，γ＇强化相形成元素如Al、Ta的总含量为7.8％[KnopM,MulveyP,IsmailF,etal.AnewpolycrystallineCo-Nisuperalloy[J].JOM,2014,66(12):2495-2501.]。美国CarpenterTechnology公司的钴基变形高温合金的成分特点是高的Ni、Al、Ti，低Cr，抗氧化元素Al、Cr总量达到13.5％，γ＇强化相形成元素如Al、Ti的总含量接近7.0％[ForsikSAJ,RosasAOP,WangT,etal.High-TemperatureOxidationBehaviorofaNovelCo-BaseSuperalloy[J].MetallurgicalandMaterialsTransactionsA,2018,49(9):4058-4069.]。付华栋课题组的钴基变形合金的成分特点是强调了合金元素Mo的作用，用Mo替换部分W元素，用于降低合金密度，但众所周知，Mo对合金的高温抗氧化性能不利[付华栋，谢建新，张毅，一种低密度、高组织稳定性的钴基高温合金及其制备方法]。冯强课题组的钴基变形高温合金的成分特点是在保证合金组织稳定性的前提下,通过增加Al、Cr含量，增加Al、Ti、Ta、Nbγ＇强化相形成元素含量来提高合金强度，Al、Ti、Ta、Nb元素含量之和为4.5～19.5％[CN109321786A，一种钴基高温合金及其制备方法]。虽然当前已经报道了部分多组元钴基变形高温合金成分，但这些合金成分更多是追求某一单一性能，导致这些合金的综合性能并不是最佳。已报道的钴基变形高温合金的成分特点均是不断提高Al、Ti、Ta合金化元素含量，合金化强度的提高势必会带来成分偏析严重，热加工窗口窄，导致钴基变形高温合金“难变形”的问题。另外，这些合金生产成材率低，成本昂贵，无法进行工程化应用。由此可见，合理的合金元素添加配比、与之相匹配的加工制备工艺和热处理工艺尤为重要，必须对钴基变形高温合金的成分进行优化和工艺制备技术进行改进和创新，才能促进其工程化应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钴基变形高温合金及其制备方法，制备出强度高、热加工性能好、抗氧化性能良好的钴基变形高温合金。通过对合金强化元素的适量添加、合理的热加工和固溶时效热处理工艺制度制定，所获得的新型钴基变形高温合金在保持较好的热加工性能下，其700～900℃高温强度显著优于GH605、GH5188等传统变形高温合金。因此，本专利技术解决的关键技术是合金元素的选择与用量，加工制备工艺的优化和固溶时效热处理工艺的选择。本专利技术钴基变形高温合金化学成分按重量百分比为：Cr9～13％，Ni20～25％，W13～18％，Al0.5～4％，Ti0.5～2.5％，Mo1～2％，V0.2～0.8％，C0.05～0.2％，RE0.05～0.15％，Mn0.5～1.5％，Si0.3～0.8％，B0.002～0.015％，Zr0.01～0.12％，余量Co；Al+Ti+V≤6％，其中RE为Ce、La和Y中任一种稀土元素。本专利技术所述的一种新型钴基变形高温合金及其制备方法的制备方法包括以下步骤：1)将Ni、Cr、Co、W、Mo、Al、Ti、V、C、RE、Mn、Si、B、Zr按照比例配料，放入熔炼炉中进行熔炼，精炼温度为1550～1650℃，精炼时间15～30min，浇铸成合金锭；2)对合金锭进行锻造，锻造成电极棒，而后进行重熔，结晶成重熔合金锭；3)对重熔合金锭进行均匀化退火，而后进行锻造，制备成合金棒材；4)对合金棒材进行固溶和时效热处理。所述的熔炼为真空感应炉熔炼；所述锻造电极棒为在1200～1280℃温度下，锻造成电极棒，锻造比为3～5；所述的重熔为真空电弧炉重熔或真空电渣重熔；所述的均匀化退火为缓慢加热到1150～1280℃，保温10～40h；所述锻造合金棒材为在1200～1280℃温度下，开坯锻造成合金方坯1，锻造比为3～5。经表面修磨和缺陷探伤处理后，合金方坯1在1200～1280℃温度下锻造成合金坯2，锻造比为5～8，合金坯2再在1200～1280℃温度下回火25～30min，在1～5的锻造比下荒圆成方坯3，合金坯3再在1200～1280℃温度下回火25～30min，在1～5的锻造本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钴基变形高温合金，其特征在于，合金化学成分按重量百分比为：Cr 9～13％，Ni 20～25％，W 13～18％，Al 0.5～4％，Ti 0.5～2.5％，Mo 1～2％，V 0.2～0.8％，C0.05～0.2％，RE 0.05～0.15％，Mn 0.5～1.5％，Si 0.3～0.8％，B 0.002～0.015％，Zr0.01～0.12％，余量Co；并且，Al+Ti+V≤6％，其中RE为Ce、La和Y中任一种稀土元素。/n

【技术特征摘要】
1.一种钴基变形高温合金，其特征在于，合金化学成分按重量百分比为：Cr9～13％，Ni20～25％，W13～18％，Al0.5～4％，Ti0.5～2.5％，Mo1～2％，V0.2～0.8％，C0.05～0.2％，RE0.05～0.15％，Mn0.5～1.5％，Si0.3～0.8％，B0.002～0.015％，Zr0.01～0.12％，余量Co；并且，Al+Ti+V≤6％，其中RE为Ce、La和Y中任一种稀土元素。


2.一种权利要求1所述的钴基变形高温合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将Ni、Cr、Co、W、Mo、Al、Ti、V、C、RE、Mn、Si、B、Zr按照比例配料，放入熔炼炉中进行熔炼，精炼温度为1550～1650℃，时间15～30min，浇铸成合金锭；
2)对合金锭进行锻造，锻造成电极棒，而后进行重熔，结晶成重熔合金锭；
3)对重熔合金锭进行均匀化退火，而后进行锻造，制备成合金棒材；
4)对合金棒材进行固溶和时效热处理。


3.根据权利要求2所述的钴基变形高温合金的制备方法，其特征在于，熔炼为真空感应炉熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：安宁，牛永吉，田建军，郭文东，万克军，刘长源，曹青，张荣，李振瑞，
申请(专利权)人：北京北冶功能材料有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11