一种镍基合金及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种镍基合金及其制备方法与应用，所述镍基合金中，以重量百分比计，包括：Cr 21.5～25.5％、Co 24.5～27.5％、Ni 24.5～27.5％、Fe 14～17％、Mo 2.5～4.5％、W 3.5～5.5％、C 0.08～0.15％、7.5％≤Mo+W≤9.5％。本发明专利技术方法制备的镍基合金兼具密度小、弹性模量高、抗高温耐磨、抗高温耐蚀、抗氧化、高强度、高韧性、易加工成型和易焊接等优点的高温合金带材。该镍基合金带材具有合理的成分配比、宽的热加工窗口及热处理制度，所制备合金带材具有高的强度、高的弹性模量、良好的抗氧化和耐腐蚀性能，是航空发动机和工业燃气轮机热端部件的候选材料。机热端部件的候选材料。机热端部件的候选材料。

【技术实现步骤摘要】
一种镍基合金及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及冶金
，具体涉及一种镍基合金及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]高熵合金是近年来发展起来的有别于传统合金的新型合金材料，它由5～13种主要元素组成，组成元素具有相等或近似相等的原子比。多主元高熵合金凝固后，不会形成复杂的金属间化合物，而是形成简单的FCC或BCC固溶体。高熵合金具有热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应以及性能上的鸡尾酒效应。利用这些效应，合理设计合金的成分，可以获得高硬度、高弹性、高强度，良好的耐磨性、耐腐蚀性以及抗高温氧化性等良好的综合特性。
[0003]尽管高熵合金性能优异，但普遍强韧性匹配较差。例如，FeCoNiCrMn高熵合金的拉伸塑形可达60％，但其抗拉强度却低于500MPa；而AlCoCrFeNiTi
0.5
高熵合金的压缩强度高达3200MPa，但几乎无拉伸塑性。Ti元素和Al元素的微量加入都能促进第二相的析出，从而强化高熵合金性能，但是并不是对所有的高熵合金都能提高强韧性匹配。如对AlFeCrCoCu合金，加入Ti元素可显著提升合金的硬度，但几乎无拉伸塑性。已有的AlCrFeNiV体系高熵合金，虽然具有一定的强韧性匹配效果，但是对于实际应用还不足够。正是由于这些原因，限制了高熵合金的发展和工程应用。
[0004]目前高熵合金领域的研究越来越多转移到中熵合金上。CrCoNi中熵合金是单一面心立方结构(FCC)固溶体，具有比FeCoNiCrMn高熵合金更优异的强度和塑性。但是，目前该中熵合金强度仍然偏低，需要进一步优化。该合金成分是Cr、Co和Ni等高温合金中常用元素，可以作为高温合金的基体，在其基础上通过添加其他合金化元素和制备工艺控制是否可以研制出兼具高温合金和中熵合金特性的新型合金，推动其在工程上的应用是目前亟需解决的问题。另外，该合金Co、Cr含量高，具有较好的抗氧化、抗腐蚀性能，具有十分的潜力应用在高温结构材料上。因此，如何通过合理的合金成分和工艺优化进一步提高该合金强度，推动其在高温结构材料领域的应用是本专利技术要解决的问题。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术提供一种镍基合金及其制备方法与应用，解决CrCoNi中熵合金面临的高温合金强度不足、塑性差等技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种镍基合金，所述镍基合金中，以重量百分比计，包括：Cr 21.5～25.5％、Co 24.5～27.5％、Ni 24.5～27.5％、Fe 14～17％、Mo 2.5～4.5％、W 3.5～5.5％、C 0.08～0.15％、7.5％≤Mo+W≤9.5％。
[0008]本专利技术的一个实施例中，所述镍基合金中，Cr:Co:Ni的原子百分比为1:1:1。
[0009]本专利技术的一个实施例中，所述Cr、Ni的纯净度为99.99％，所述Fe的纯净度为99.8％。
[0010]本专利技术的一个实施例中，所述镍基合金中，以重量百分比计，包括：Cr 23.92％、Co 27％、Ni 27％、Fe 14％、Mo 2.5％、W 5.5％、C 0.08％。
[0011]本专利技术的一个实施例中，所述镍基合金中，以重量百分比计，包括：Cr 22.85％、Co 26％、Ni 26％、Fe 17％、Mo 4.5％、W3.5％、C 0.15％。
[0012]本专利技术还提供所述镍基合金的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0013]将Cr、Co、W、Mo、Fe、Ni以及部分C原料置于真空度≤1Pa的环境中混合加热，排出附着在原料上的气体；
[0014]在真空度≤0.1Pa环境中，加热所述原料至熔化状态，再升温至1550～1650℃，高温精炼30
‑
40min，停止加热，使得熔化原料结膜；
[0015]升高温度使得所述熔化原料破膜，加入剩余部分C原料，混合均匀；
[0016]将加入C原料的混合原料在1600～1650℃下精炼；
[0017]对精炼后的原料，在1450～1480℃下进行浇注，获得扁坯；
[0018]对所述扁坯精整、热轧、退火软化处理、再次精整、冷轧、中间热处理和切边，得到合金带材；
[0019]将所述合金带材进行时效热处理，形成所述镍基合金。
[0020]本专利技术的一个实施例中，所述热轧加热温度为1150～1250℃。
[0021]本专利技术的一个实施例中，所述退火软化处理的温度为1150～1250℃，时间为60～90min。
[0022]本专利技术的一个实施例中，所述中间热处理是在纯氢气保护的光亮连续退火炉进行，温度为1150～1250℃，保温时间为10～15min，喷氢量≥35立方/小时；
[0023]所述冷轧带材时效温度为在400～550℃下，保温0.5h～2h，空冷。
[0024]上述所述方法制备的镍基合金在制备航空发动机、燃气轮机耐热材料中的应用，也属于本专利技术的保护范围。
[0025]本专利技术合金在成分设计时综合考虑了合金元素对合金的力学性能、加工性能、弹性能以及抗氧化耐腐蚀性能的影响，具体考虑因素如下：
[0026]Cr：主要进入γ基体中，起固溶强化作用，还可以通过在晶界上析出颗粒状的M23C6碳化物来强化晶界，Cr的另一个重要作用是保护合金表面不受O、S、盐的作用而产生氧化和热腐蚀。目前耐蚀性较好的合金中一般均有较高的Cr含量。但是Cr是促进脆性σ有害相形成的元素，过高的Cr含量会使合金的组织稳定性变差，因此，Cr含量为21.5～25.5％。
[0027]Co：主要固溶于γ基体中，起固溶强化作用，降低基体的堆垛层错能，能够显著提高合金的抗蠕变性能。因此Co含量在24.5～27.5％。
[0028]Ni：γ＇相形成元素，明显扩大γ/γ＇两相区，提高合金组织稳定性，并且在一定程度上提高γ＇相完全溶解温度。但Ni含量过高，γ＇相的化学组成将更靠近Ni3Al，其粗化速率将增大，因此，Ni含量为24.5～27.5％。
[0029]Fe:不仅可以降低成本，而且可以阻碍位错运动；同时也能降低镍基奥氏体的堆垛层错能，有利于屈服强度提高，起固溶强化作用。但是Fe含量太多又会降低材料的抗氧化腐蚀性能，因此Fe控制在14～17％。
[0030]Mo：Mo是主要的固溶强化元素之一，既可固溶于合金基体又可固溶于γ
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强化相，同时可提高原子间结合力，提高扩散激活能和再结晶温度，从而有效提高高温强度。但Mo过
高时长期高温时效易于生成μ相而降低合金韧性。因此，将Mo含量控制在2.5～4.5％。
[0031]W：W与Mo具有相似的物理化学性质，W在镍基高温合金中的作用主要是固溶强化，其原子半径比较大，比镍原子半径大百分之十几，固溶强化作用明显。但W是加速高温腐蚀的元素，而且在长期服役时会形成有害的δ相，降低合金强度和韧性。因此，将W含量控制在3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍基合金，其特征在于，所述镍基合金中，以重量百分比计，包括：Cr 21.5～25.5％、Co 24.5～27.5％、Ni 24.5～27.5％、Fe 14～17％、Mo 2.5～4.5％、W 3.5～5.5％、C 0.08～0.15％、7.5％≤Mo+W≤9.5％。2.如权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，所述镍基合金中，Cr:Co:Ni的原子百分比为1:1:1。3.如权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，所述Cr、Ni的纯净度为99.99％，所述Fe的纯净度为99.8％。4.如权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，所述镍基合金中，以重量百分比计，包括：Cr 23.92％、Co 27％、Ni 27％、Fe 14％、Mo 2.5％、W 5.5％、C 0.08％。5.如权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，所述镍基合金中，以重量百分比计，包括：Cr 22.85％、Co 26％、Ni 26％、Fe 17％、Mo 4.5％、W3.5％、C 0.15％。6.权利要求1
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5任一所述镍基合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将Cr、Co、W、Mo、Fe、Ni以及部分C原料置于真空度≤1Pa...

【专利技术属性】
技术研发人员：安宁，赵文倩，李慧威，李重阳，安杨，胡博炜，刘杨擎宇，牛永吉，
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：