一种抗氢脆性高温合金及其制备方法技术

本申请提供为了解决上述问题，本申请提供了一种抗氢脆性高温合金，包括如下重量百分比的组分：6.0

【技术实现步骤摘要】
一种抗氢脆性高温合金及其制备方法


[0001]本申请属于合金
，具体涉及一种抗氢脆性高温合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，随着航空、航天、能源等工业领域的发展，对高温合金承温能力的要求也在不断提高，铸造镍基高温合金先后经历了铸造等轴晶、定向柱状晶和单晶等几个发展阶段。单晶高温合金是伴随着定向凝固工艺的应用而逐渐发展起来的。镍基单晶合金自问世以来，以其较高的承温能力，优越的抗蠕变性能以及良好的抗氧化抗腐蚀性能，成为先进航空发动机和工业燃气轮机热端部件的首选材料。至今单晶高温合金也已经发展了五代合金，但目前工程应用最为广泛和成功的仍然是含Re元素3％左右的第二代单晶合金。随着单晶高温合金的应用推广，一些较特殊环境下工作的零件也逐渐采用这种材料，比如航空、航天、能源等领域。而对于一些航天用零件，氢脆问题非常重要，如果零件材料的抗氢脆性能较差，往往导致零件的过早失效，严重的将会导致灾难性的后果。
[0003]但是，传统单晶高温合金合金的设计和发展都仅仅考虑了合金的高温强度、塑性、抗氧化、抗热腐蚀等典型性能，并未考虑合金的抗氢脆性能。因此，现有技术中的单晶高温合金的抗氢脆性能不佳。
[0004]因此，如何提供一种具有优异的抗氢脆性能的高温合金及其制备方法成为本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种抗氢脆性高温合金及其制备方法，本申请的抗氢脆性合金具有优异的抗氢脆性能。
[0006]为了解决上述问题，本申请提供了一种抗氢脆性高温合金，包括如下重量百分比的组分：6.0-7.3％Cr，7.0-8.01％Co，4.5-6.5％W，1.0-2.0％Mo，5.8-6.5％Al，1.5-3.5％Re，6.0-7.0％Ta，0.05-0.22％Hf，0.03-0.075％C，0.003-0.006％B， 0-0.03％Y以及余量的Ni。
[0007]优选地，包括如下重量百分比的组分：6.4-7.3％Cr，7.0-8.0％Co， 4.65-5.25％W，1.3-1.7％Mo，5.8-6.4％Al，1.5-3.25％Re，6.2-7.0％Ta，0.05-0.22％Hf， 0.03-0.075％C，0.003-0.006％B，0-0.03％Y，余量的Ni。
[0008]优选地，包括如下重量百分比的组分：6.4-7.3％Cr，7.0-8.0％Co， 4.75-5.25％W，1.3-1.7％Mo，5.8-6.4％Al，0-3％Re，6.2-6.7％Ta，0.05-0.22％Hf， 0.03-0.075％C，0.003-0.006％B，0-0.03％Y，余量的Ni。
[0009]优选地，抗氢脆性合金还包括杂质；杂质含量小于0.22wt.％。
[0010]优选地，杂质包括O，其中O≤0.003wt.％；和/或，杂质包括N，其中N ≤0.002wt.％；和/或，杂质包括S，其中S≤0.003wt.％；和/或，杂质包括P，其中P≤0.002wt.％；和/或，杂质包括Si，其中Si≤0.2wt.％；和/或，杂质包括 Pb，其中Pb≤
0.0003wt.％；和/或，杂质包括Bi，其中Bi≤0.00005wt.％。
[0011]一种如权利要求上述的抗氢脆性合金的制备方法，包括如下步骤：
[0012]称取如上述的重量百分比原料；
[0013]将原料依次进行熔炼、浇注后，获得母合金；
[0014]将母合金制成单晶合金。
[0015]优选地，“将母合金制成单晶合金”采用的设置是定向凝固设备；和/或，制备单晶合金的方法为选晶法或籽晶法；和/或，抗氢脆性合金的制备方法还包括如下步骤：对单晶合金进行热处理；和/或，“将母合金制成单晶合金”为采用定向凝固法将母合金制成单晶合金。
[0016]优选地，热处理包括如下步骤：对单晶合金依次进行固溶处理、高温时效处理和低温时效处理。
[0017]优选地，选晶法为螺旋选晶法；
[0018]和/或，固溶处理包括如下步骤：将单晶合金在1310～1320℃保温2～6小时，然后冷却至20℃；
[0019]和/或，高温时效处理包括如下步骤：将固溶处理后的单晶合金在1100～ 1160℃下保温2～6小时，然后冷却至20℃；
[0020]和/或，低温时效处理包括如下步骤：将高温时效处理后的单晶合金在 850～910℃下保温16～26小时，然后冷却至20℃。
[0021]优选地，定向凝固过程中控制生长速度为3～8mm/min，温度梯度为40℃ /cm～80℃/cm；浇注温度为1480～1550℃，模壳温度与浇注温度保持一致。
[0022]本申请提供的抗氢脆性合金，针对氢元素的渗入导致的氢脆现象机理，综合利用典型元素固溶强化和沉淀强化作用机理，基于Al、Ti等元素对基体的沉淀强化作用，结合Cr、Mo、W、Co、Re、Ru、Ta等元素对镍基体形成的固溶强化作用；且Ta元素在镍基单晶合金中具有较强的固溶强化作用，并且还能有效提高γ
′
相的高温强度。在本申请Ta元素的含量比例，获得优异固溶强化和沉淀强化效果。同时，Co元素可以降低其他合金元素的偏析，有效提高合金组织稳定性，该元素也可以有效降低合金层错能，提高合金强度。C、B、Hf、Y 的加入可以提高合金铸造工艺性能和抗氧化性能，并且可以有效强化单晶合金中的小角度晶界，但过高的Hf、Y、B含量可能会导致合金初熔温度降低，不利于合金的热处理，因此本申请中对Hf、Y、B的含量百分比进行了限定，在本申请的含量下，Hf、Y、B不会影响合金的热处理，且能够有效的提高合金铸造工艺性能和抗氧化性能，有效强化单晶合金中的小角度晶界。综合各元素协调耦合作用，获得高强度的抗氢脆性能优异的镍基单晶高温合金，该合金适于制造航空、航天、能源等领域的氢含量较高环境的热端高温部件。
附图说明
[0023]图1是实施例3合金热充氢前后室温拉伸断裂强度对比；
[0024]图2是实施例3合金热充氢前后室温拉伸屈服强度对比；
[0025]图3是实施例3合金热充氢前后室温拉伸断面收缩率对比；
[0026]图4是实施例3合金热充氢前后室温拉伸延伸率对比；
[0027]图5是实施例4合金室温充氢前后拉伸变形曲线；
[0028]图6是实施例4在室温充氢前后1100℃拉伸变形曲线；
[0029]图7是实施例合金5热充氢前后1100℃拉伸断裂强度对比；
[0030]图8是实施例合金5热充氢前后1100℃拉伸延伸率对比；
[0031]图9是本申请实施例5合金铸造态组织；
[0032]图10是本申请实施例5合金热处理后组织。
具体实施方式
[0033]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗氢脆性高温合金，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：6.0-7.3％Cr，7.0-8.01％Co，4.5-6.5％W，1.0-2.0％Mo，5.8-6.5％Al，1.5-3.5％Re，6.0-7.0％Ta，0.05-0.22％Hf，0.03-0.075％C，0.003-0.006％B，0-0.03％Y以及余量的Ni。2.根据权利要求1中所述的一种抗氢脆性高温合金，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：6.4-7.3％Cr，7.0-8.0％Co，4.65-5.25％W，1.3-1.7％Mo，5.8-6.4％Al，1.5-3.25％Re，6.2-7.0％Ta，0.05-0.22％Hf，0.03-0.075％C，0.003-0.006％B，0-0.03％Y，余量的Ni。3.根据权利要求1中所述的一种抗氢脆性高温合金，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：6.4-7.3％Cr，7.0-8.0％Co，4.75-5.25％W，1.3-1.7％Mo，5.8-6.4％Al，0-3％Re，6.2-6.7％Ta，0.05-0.22％Hf，0.03-0.075％C，0.003-0.006％B，0-0.03％Y，余量的Ni。4.根据权利要求1中所述的一种抗氢脆性高温合金，其特征在于，所述抗氢脆性高温合金还包括杂质；所述杂质含量小于0.22wt.％。5.根据权利要求1中所述的一种抗氢脆性高温合金，其特征在于，所述杂质包括O，其中O≤0.003wt.％；和/或，所述杂质包括N，其中N≤0.002wt.％；和/或，所述杂质包括S，其中S≤0.003wt.％；和/或，所述杂质包括P，其中P≤0.002wt.％；和/或，所述杂质包括Si，其中Si≤0.2wt.％；和/或，所述杂质包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘纪德，周亦胄，王新广，刘金来，孙晓峰，
申请(专利权)人：辽宁红银金属有限公司，
类型：发明
国别省市：