一种含钼钴基高温合金及其用途制造技术

一种含钼钴基高温合金及其用途，所属合金领域，含钼钴基高温合金由Mo、Co、Ni、Al和Ti元素组成，原子百分含量Mo为(1～2)at.％，Ni为(24～34)at.％，Al为(6.5～8.5)at.％，Ti为(1.5～3.5)at.％，余量为Co；Al和Ti的原子百分含量之和不大于10at.％，Mo、Co、Ni、Al和Ti的原子百分含量之和为100at.％。本发明专利技术的含钼元素的钴基高温合金具有优异的耐高温腐蚀性能和抗拉强度，本发明专利技术合金应用于航天航空发动机制造、工业燃气机轮制造、换热器制造的高温零部件材料。

A kind of Mo Co base superalloy and its application

【技术实现步骤摘要】
一种含钼钴基高温合金及其用途
本专利技术属于合金领域，特别涉及一种含钼元素的钴基高温合金及其用途。
技术介绍
高温合金是指以铁、钴、镍为基体，能够在600℃以上的高温环境及一定应力条件下长期稳定服役的一类奥氏体金属材，其具有良好的组织稳定性、优异的高温强度和抗热疲劳性能，还具有优良的抗氧化和抗热腐蚀能力。其中，最为广泛应用的是镍基高温合，这是由于镍基高温合金中γ/γ′两相组织的存在，使合金得到有效的强化，但镍基高温合金在经过几十年性能改进后，工作温度已经达到了理论极限值，很难满足不断提高的工作温度和使用要求。目前，由于钴基高温合金在980℃以上时有较高的强度、良好的抗热疲劳、抗热腐蚀能力而成为研究者关注的焦点。高温合金的组织稳定性主要表现在：合金中γ'相体积分数和平均尺寸的变化，以及在高温时效过程中是否有其它合金相的析出；在高温合金中，γ'相是主要强化相，其形状、尺寸和体积分数会对合金的力学性能产生显著地影响，而γ'相的显微组织主要与合金成分相关；此外，合金成分的改变还会影响其它合金相的析出。传统钴基高温合金主要依靠碳化物强化，缺少类似镍基高温合金中γ/γ′两相组织的共格强化机制，高温性能的研发上没有较大进展。
技术实现思路
为了获得各方面性能优异的钴基高温合金，首先，专利技术人对Co60Ni30Al8.3Ti1.7、Co60Ni30Al7.5Ti2.5、Co60Ni30Al6.7Ti3.3、Mo2Co58Ni30Al7.5Ti2.5四种合金进行了固溶处理和时效处理，然后通过微观组织观察、热差分析实验和XRD物相分析实验，研究了Al/Ti值及Mo元素的添加对合金显微组织、相变温度及晶格失配率的影响，并得出结论：(1)四种铸态合金的微观组织均为呈典型的枝晶结构，由γ-Co基体相和位于枝晶上的γ'-(Co,Ni)3(Al,Ti)相组成，且γ'的相尺寸、形状不规则，分布不均匀。Ni、Al、Ti和Mo元素向γ'相中偏析，而Co元素向γ相中偏析。(2)合金的γ'相固溶温度随Ti含量的增加而提高。而Mo元素向合金中的添加，降低了γ'相固溶温度。(3)四种合金经过时效处理，细小的γ'-(Co,Ni)3(Al,Ti)相均匀的分布在γ基体相上，且在整个时效期间没有其它合金相的生成。在同一时效时间下，γ'相体积分数和γ'相尺寸均Ti含量的增加而增加；Mo元素在合金中的添加明显增大了γ'相体积分数和γ'相尺寸；此外，由于元素的偏析作用，晶格失配率随Ti含量的增加或Mo元素的添加而增大。(4)四种合金中γ'相尺寸均随时效时间的延长而增加，而γ'相体积分数随时效时间的延长先增加，在时效100h时达到最大值后降低；此外，四种合金的晶格失配率均随时效时间的延长而增大，且由于晶格失配率的增加，γ'相的形态从球状逐渐向立方状转变。其次，专利技术人对Co60Ni30Al8.3Ti1.7、Co60Ni30Al7.5Ti2.5、Co60Ni30Al6.7Ti3.3、Mo2Co58Ni30Al7.5Ti2.5四种合金进行了固溶处理和时效处理，然后通过密度测定实验、显微硬度实验、拉伸实验、热腐蚀实验，研究了Al/Ti值及Mo元素的添加对合金密度、力学性能及抗热腐蚀能力的影响，并得出结论：(1)与含钨的钴基高温合金相比，含钼钴基高温合金具有较低的密度，且合金的密度随Ti含量的增加而提高，Mo元素的添加增加了合金的密度；(2)由于四种铸态合金主要依靠固溶强化的强化方式，因此铸态合金与时效态相比具有较低的显微硬度；时效后，四种合金的显微硬度随时效时间的延长先增加，在100h时达到最高值后降低；在同一时效时间下，合金的显微硬度随Ti含量的增加而增加；与Co60Ni30Al7.5Ti2.5合金相比，Mo2Co58Ni30Al7.5Ti2.5合金的显微硬度增加，合金显微硬度的变化是γ'相沉淀强化和晶格失配率共同作用的结果。(3)此外，在时效20h时测得合金的拉伸性能，合金的抗拉强度和屈服强度随Ti含量的增加而升高，而断后伸长率则不断降低；Mo元素在合金中的加入有效的提高了合金的抗拉强度和屈服强度，并使合金的断后伸长率降低。(4)合金的抗热腐蚀能力随Ti含量的增加而降低，而Mo元素在合金中的加入有效地提高了合金的抗热腐蚀能力。综上，本专利技术的专利技术人通过扩散多元节实验，热力学优化计算及后续相关实验，探究各元素对含钼钴基高温合金显微组织及性能的影响，得出以下主要结论：(1)具有γ′+γ双相结构的钴基高温合金中Co、Ni、Al元素含量，Co为(50～66)at.％、Ni为(24～34)at.％、Al为(10～16)at.％；并得出在合金中添加Ti会促进硬脆η相或δ相的形成。(2)利用热力学计算软件分析了Al+Ti总含量、Al/Ti原子比值以及Mo元素的添加对合金平衡组织及晶格失配率的影响；计算结果表明，Al+Ti总含量的增加和Al/Ti原子比值的降低，均增加了合金的γ′相体积分数和晶格失配率，但缩小了合金的加工窗口，并增加了η相的形成倾向；Mo在合金中的添加增加了γ′相体积分数和晶格失配率，并增加了μ相的析出倾向。(3)根据扩散多元节实验和热力学优化计算结果，通过改变Al/Ti值，添加Mo元素设计四种不同成分的合金用于实验，四种合金的铸态及时效态组织均由γ'-(Co,Ni)3(Al,Ti)和γ相组成，且与铸态相比，时效后的四种合金具有更高的显微硬度，四种时效态合金的γ'相尺寸和晶格失配率均随时效时间的延长而增加，γ'相体积分数和显微硬度均先随时效时间的延长而增加，在时效100h达到最大值后降低。(4)合金的γ′相固溶温度、γ′相尺寸、γ′相体积分数和晶格失配率均随Ti含量的增加而增加，同时，合金的密度、显微硬度和拉伸强度也随Ti含量的增加而增加，但抗热腐蚀能力降低；Mo元素在合金中的添加，虽使γ′相固溶温度降低，但增加了γ′相尺寸、γ′相体积分数，增强了合金的抗热腐蚀能力，由于Mo的添加增加了合金的晶格失配率，同时也提高了合金的力学性能。基于上述实验结论，本专利技术提供了一种含钼钴基高温合金及其用途，具体技术方案如下：一种含钼钴基高温合金，由Mo、Co、Ni、Al和Ti元素组成，原子百分含量Mo为(1～2)at.％，Ni为(24～34)at.％，Al为(6.5～8.5)at.％，Ti为(1.5～3.5)at.％，余量为Co；所述Al和Ti的原子百分含量之和不大于10at.％，所述Mo、Co、Ni、Al和Ti的原子百分含量之和为100at.％；所述含钼钴基高温合金的微观组织为呈枝晶结构，由γ-Co基体相和位于枝晶上的γ'-(Co,Ni)3(Al,Ti)相组成；所述含钼钴基高温合金含有γ相和γ′相，所述γ'的相尺寸、形状不规则，分布不均匀；所述Ni、Al、Ti和Mo元素向γ'相中偏析，所述Co元素向γ相中偏析；所述含钼钴基高温合金含η相、δ相和μ相；所述一种含钼钴基高温合金采用真空感应熔炼炉制备；所述一种含钼钴基高温合金作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含钼钴基高温合金，其特征在于，由Mo、Co、Ni、Al和Ti元素组成，原子百分含量Mo为(1～2)at.％，Ni为(24～34)at.％，Al为(6.5～8.5)at.％，Ti为(1.5～3.5)at.％，余量为Co；所述Al和Ti的原子百分含量之和不大于10at.％，所述Mo、Co、Ni、Al和Ti的原子百分含量之和为100at.％。/n

【技术特征摘要】
1.一种含钼钴基高温合金，其特征在于，由Mo、Co、Ni、Al和Ti元素组成，原子百分含量Mo为(1～2)at.％，Ni为(24～34)at.％，Al为(6.5～8.5)at.％，Ti为(1.5～3.5)at.％，余量为Co；所述Al和Ti的原子百分含量之和不大于10at.％，所述Mo、Co、Ni、Al和Ti的原子百分含量之和为100at.％。


2.根据权利要求1所述的一种含钼钴基高温合金，其特征在于，所述含钼钴基高温合金的微观组织为呈枝晶结构，由γ-Co基体相和位于枝晶上的γ'-(Co,Ni)3(Al,Ti)相组成。


3.根据权利要求1所述的一种含钼钴基高温合金，其特征在于，所述含钼钴基高...

【专利技术属性】
技术研发人员：高秋志，张海莲，张欣，张会杰，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：河北;13