一种镍基合金、其制备方法与一种制造物品技术

本发明专利技术提供了一种镍基合金，包括：18.0wt％～23.5wt％的钴；10wt％～15wt％的铬；2.5wt％～3.5wt％的铝；2.0wt％～4.0wt％的钛；0.1wt％～2.0wt％的铌；1.0wt％～3.0wt％的钽；0wt％～2.5wt％的钨；4wt％～5.5wt％的钼；0.03wt％～0.1wt％的锆；0wt％～1.0wt％的铪；0.01wt％～0.1wt％的碳；0.01wt％～0.1wt％的硼；余量的镍。本申请系统地调整高温合金中合金元素的含量，在保证合金具有良好力学性能的同时，使合金在高温下具有良好的组织稳定性。

A nickel base alloy, its preparation method and a manufacturing article

【技术实现步骤摘要】
一种镍基合金、其制备方法与一种制造物品
本专利技术涉及合金材料
，尤其涉及一种镍基合金与一种制造物品。
技术介绍
多晶镍基高温合金是目前作为制备燃气发动机，特别是航空发动机涡轮盘、压机气盘等部件使用最广泛的材料。它可以通过铸造+锻造或粉末冶金的工艺制备成型。采用铸锻工艺制备高温合金具有流程短、成本较低等优点，但随着高温合金合金元素种类的增多、合金化程度不断提高，采用该工艺引起的元素偏析成为不可忽视的问题；粉末冶金高温合金是采用粉末冶金工艺生产的高性能结构材料，解决了传统铸锻高温合金由于合金化程度提高而带来的偏析严重、组织和性能不均匀问题。粉末冶金高温合金主要用于航空发动机中性能要求极为苛刻的热端转动部件，如涡轮盘、压机气盘、鼓筒轴、挡板等。由于粉末颗粒细小(通常小于15μm)，冷却速度快，成分均匀以及无宏观偏析，粉末冶金高温合金具有合金化程度高、晶粒细小、热加工性能好、材料利用率高、综合性能好，尤其是屈服强度和疲劳性能优异等优点。从二十世纪六十年代开始研制粉末冶金高温合金，根据合金的化学成分和性能特点，可以将合金划分为三代：(1)以René95为代表的第一代高强型粉末冶金高温合金，其γ′相含量高(一般大于45％)，具有高的拉伸强度，使用温度在650℃左右；(2)以René88DT、U720LI合金为代表的第二代损伤容限型粉末冶金高温合金，具有较高的持久强度、疲劳裂纹扩展抗力以及损伤容限，最高使用温度在700～750℃之间；(3)以René104、RR1000为代表的第三代粉末冶金高温合金，兼顾了强度和损伤容限性能，抗拉强度明显高于第二代，同时具备更高的疲劳裂纹扩展抗力，使用温度为750℃。从现有的三代粉末冶金高温合金的合金成分来看，组成粉末冶金高温合金的元素种类高达十余种，且不断有新合金元素的加入，如第三代粉末高温合金中普遍加入了难熔元素Ta，合金化程度很高，因此，成分-组织-工艺-性能的关系也变得十分复杂。随着航空发动机推重比的不断提高，为了满足其对涡轮盘材料的工作温度、高温力学性能等方面的更苛刻的使用要求，进一步发展具有更优异的高温性能的高温合金对航空工业的发展十分重要。然而，从目前现有的作为涡轮盘材料的高温合金来看，其使用温度很难超过750℃。如何有效提高高温合金的使用温度和高温力学性能一直是材料领域的科学家们关注的重点。而每一种新型高温合金的成功研发都基于新的概念、假设、成果或发现。然而，很少有研究者系统地提出同时提高高温合金中Co、Mo两种元素含量的情况下会呈现怎样的组织、性能。同时，如何在提高这两种合金元素的前提下，有效地调整其他合金元素的含量并提高合金的综合力学性能在高温合金领域也鲜有研究。
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以及由此形成的制造物品，本申请提供的镍基合金在组织稳定性、中高温强度、高温抗蠕变性能以及热加工性能方面实现了很好的平衡，具有优异的综合性能。有鉴于此，本申请提供了一种镍基合金，包括：18.0wt％～23.5wt％的钴；10wt％～15wt％的铬；2.5wt％～3.5wt％的铝；2.0wt％～4.0wt％的钛；0.1wt％～2.0wt％的铌；1.0wt％～3.0wt％的钽；0wt％～2.5wt％的钨；4wt％～5.5wt％的钼；0.03wt％～0.1wt％的锆；0wt％～1.0wt％的铪；0.01wt％～0.1wt％的碳；0.01wt％～0.1wt％的硼；余量的镍。优选的，还包括大于0且小于等于1wt％的稀土元素，所述稀土元素选自镧、铈和钇中的一种或多种。优选的，包括19.0wt％～22.0wt％的钴。优选的，包括4.0wt％～5.3wt％的钼。优选的，包括11wt％～14wt％的铬。优选的，包括2.8wt％～3.2wt％的铝。优选的，包括2.3wt％～3.7wt％的钛。优选的，包括0.5wt％～1.5wt％的铌。优选的，包括：20.0wt％的钴，12.5wt％的铬，3.0wt％的铝，3wt％的钛，1wt％的铌，2wt％的钽，5wt％的钼，0.05wt％的锆，0.04wt％的碳，0.03wt％的硼，余量的镍。优选的，包括：20wt％的钴，12.5wt％的铬，2wt％的钨，4wt％的钼，3wt％的铝，3wt％的钛，2wt％的钽，1wt％的铌，0.04wt％的碳，0.03wt％的硼，0.05wt％的锆，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合金铸锭；通过雾化工艺处理所述镍基合金铸锭，得到镍基合金粉末；或，A＇)通过雾化工艺处理成分如上述方案所述的镍基合金的原材料，得到镍基合金粉末；B)对所述镍基合金粉末进行热固结成型，得到初始镍基合金；C)对所述初始镍基合金进行热变形；D)对步骤C)得到的镍基合金进行热处理，得到镍基合金。本申请还提供了所述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合金铸锭；B)将所述镍基合金铸锭进行均匀化热处理；C)将步骤B)得到的镍基合金坯料进行热变形；D)将步骤C)得到的镍基合金坯料进行固溶和时效处理，得到镍基合金。优选的，所述均匀化热处理的温度为1000～1200℃，时间＞2h；所述热变形在镍基合金的固溶温度以下；所述固溶的温度为镍基合金的亚固溶温度，所述时效的温度为700～800℃。本申请还提供了一种制造物品，所述制造物品应用于燃气发动机，由上述方案所述的镍基合金制备而成。优选的，所述制造物品为燃气发动机涡轮盘。本申请提供了一种镍基合金，包括：18.0wt％～23.5wt％的钴；10wt％～15wt％的铬；2.5wt％～3.5wt％的铝；2.0wt％～4.0wt％的钛；0.1wt％～2.0wt％的铌；1.0wt％～3.0wt％的钽；0wt％～2.5wt％的钨；4wt％～5.5wt％的钼；0.03wt％～0.1wt％的锆；0wt％～1.0wt％的铪；0.01wt％～0.1wt％的碳；0.01wt％～0.1wt％的硼；余量的镍。本申请中Co、Cr、Mo、W等元素具有固溶强化作用，Al、Ti、Nb与Ta等元素具有沉淀强化作用，C、B、Zr、Hf等元素具有晶界强化等作用，特别地，Co能有效改善合金的热加工性能和高温抗蠕变性能，而Mo、W元素对提高合金的高温强度和高温抗蠕变性能很有效果，相比W元素，Mo的相对原子质量更小，有助于降低合金的密度。综上，本申请设计了一种钴、钼含量较高的新型镍基高温合金，通过合理调整合金的成分和制备工艺，使合金达到最佳的强化效果，在组织稳定性、中高温强度、高温抗蠕变性能以及热加工性能方面实现了很好的平衡，具有优异的综合性能。附图说明图1为本专利技术实施例提供的不同合金在不同温度下析出的TCP有害相的摩尔百分数对比柱形图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍基合金，包括：/n18.0wt％～23.5wt％的钴；/n10wt％～15wt％的铬；/n2.5wt％～3.5wt％的铝；/n2.0wt％～4.0wt％的钛；/n0.1wt％～2.0wt％的铌；/n1.0wt％～3.0wt％的钽；/n0wt％～2.5wt％的钨；/n4wt％～5.5wt％的钼；/n0.03wt％～0.1wt％的锆；/n0wt％～1.0wt％的铪；/n0.01wt％～0.1wt％的碳；/n0.01wt％～0.1wt％的硼；/n余量的镍。/n

【技术特征摘要】
1.一种镍基合金，包括：
18.0wt％～23.5wt％的钴；
10wt％～15wt％的铬；
2.5wt％～3.5wt％的铝；
2.0wt％～4.0wt％的钛；
0.1wt％～2.0wt％的铌；
1.0wt％～3.0wt％的钽；
0wt％～2.5wt％的钨；
4wt％～5.5wt％的钼；
0.03wt％～0.1wt％的锆；
0wt％～1.0wt％的铪；
0.01wt％～0.1wt％的碳；
0.01wt％～0.1wt％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，还包括大于0且小于等于1wt％的稀土元素，所述稀土元素选自镧、铈和钇中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，包括19.0wt％～22.0wt％的钴。


4.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，包括4.0wt％～5.3wt％的钼。


5.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，包括11wt％～14wt％的铬。


6.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，包括2.8wt％～3.2wt％的铝。


7.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，包括2.3wt％～3.7wt％的钛。


8.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，包括0.5wt％～1.5wt％的铌。


9.根据权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，包括：20.0wt％的钴，12.5wt％的铬，3.0wt％的铝，3wt％的钛，1wt％的铌，2wt％的钽，5wt％的钼，0.05wt％的锆，0.04wt％的碳，...

【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