一种析出强化镍基高温合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种析出强化镍基高温合金及其制备方法，该合金强度高且耐磨性好，按原子百分比计为Cr：6％

【技术实现步骤摘要】
一种析出强化镍基高温合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于高温金属结构材料
，涉及一种析出强化镍基高温合金，具体涉及一种析出强化镍基高温合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]高温合金，也称热强合金，一般是以铁、钴、镍为基体的面心立方结构，能够服役于高温环境，并能承受较大复杂应力和良好组织稳定性的一类合金。高温合金一般具有高的室温和高温强度、优异的抗疲劳和抗蠕变性能、良好的抗氧化性和抗腐蚀性。因此，高温合金被广泛应用于航空、航天发动机的高温部件，核反应堆，以及船舶、石油化工等领域。随着航空技术的进步，高温合金在种类、质量和生产工艺等方面也都有了很大的发展。而相比于铁基和钴基高温合金，镍基高温合金具有合金化能力高、化学稳定性好、无同素异构转变等优点，因此，在整个高温合金领域，镍基高温合金占据重要的地位。
[0003]镍基高温合金是以镍为基体的一类高温合金，其具有优异的力学性能、抗氧化和耐腐蚀性。然而随着各行各业的发展，对高温合金的服役温度要求越来越高，现有的镍基高温合金已无法满足使用的需求，因此，设计一种具有高服役温度的镍基高温合金是当前急需解决的问题。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供一种析出强化镍基高温合金制备方法，通过在不同温度下对合金进行时效处理，使得合金中析出均匀弥散分布的纳米级Pt2Mo和D0
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超点阵相，获得具有高强度、高稳定性和耐磨性的合金。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的，提供一种析出强化镍基高温合金，其特征在于，按原子百分比计算，其包括如下成分：
[0006]Cr：6％
‑
14％，Mo:12％
‑
20％，W:≤4％，Ti:≤4％，余量为Ni。
[0007]特别的，按原子百分比计算，其包括如下成分：
[0008]Cr：10.04％，Mo：15.32％，W：2.15％，Ti：2％，余量为Ni。
[0009]特别的，所述合金平衡态组织为奥氏体基体，析出相为Pt2Mo型和D0
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型，其中Pt2Mo型和D0
22
型超点阵相均匀弥散分布于奥氏体基体内。
[0010]特别的，所述合金晶粒尺寸为10
‑
20μm，该合金在室温和650℃的屈服强度分别为1645MPa和1122MPa，且在室温和650℃的塑性分别不低于30％和15％。
[0011]特别的，所述合金的磨损率随着温度的变化现增加后减小，在800℃时磨损率达到低，为1.36
×
10
‑6mm3/m
·
N。
[0012]本专利技术还提供一种析出强化镍基高温合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0013]S1按原子百分比配置合金，所述合金按原子百分比计算，包括如下成分：Cr：6％
‑
14％，Mo:12％
‑
20％，W:≤4％，Ti:≤4％，余量为Ni；
[0014]S2将配置的合金压在真空感应电弧熔炼炉熔炼，并在电弧熔炼炉内使用铜模模具浇铸成型，获得合金样品；
[0015]S3将合金样品取出，放入热处理炉中进行淬火处理后进行冷轧处理；
[0016]S4于该步骤中，将温度控制在1060
‑
1120℃，可以使合金样品快速完成再结晶，形成等轴晶组织，而保温时间过短合金可能未完全再结晶，而保温时间过长会使再结晶形成的等轴晶快速长大，于合金的力学性能不利，因此将冷轧后的合金样品在1060
‑
1120℃保温5
‑
15min，再结晶退火；
[0017]S5将结晶退火后的合金样品在600
‑
800℃保温72
‑
240h后空冷至室温即可，于该步骤中，在600
‑
800℃，Ni基高温合金中超点阵相开始产生且不会发生固溶，并且在72
‑
240h析出的超点阵相不会异常长大粗化，会保持适当的尺寸，达到更好的析出强化效果，若温度过高或者过低会使得合金中析出的超点阵相发生回溶或者没有超点阵相析出，不能起到强化合金的作用。
[0018]特别的，所述S2中合金需要在真空感应电弧熔炼炉熔炼4
‑
6次。
[0019]特别的，所述S3淬火处理需在1100
‑
1220℃保温24小时。
[0020]特别的，所述S3中冷轧总变形量不低于60％，每道次变形量为2
‑
12％。
[0021]本专利技术提供一种析出强化镍基高温合金，其以Ni元素为基体，使其奥氏体组织更稳定，Cr元素的加入有利于提高合金的抗氧化性，W和Mo元素的加入能降低γ基体的层错能，有效阻碍合金变形过程中位错的运动，降低合金的变形速率，并且可以引发变形孪晶参与合金变形，提高合金强度，此外，大原子半径的元素添加，使得基体的晶格畸变程度变大，起到固溶强化效果；Ti元素的加入，首先通过热处理工艺可促使合金中析出D0
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超点阵相，该超点阵相处于纳米级，通过析出强化提高合金的性能，其次可以细化合金晶粒，通过细晶强化提高合金的性能。在制备过程中，经过冷轧处理后，消除了铸造缺陷，细化了晶粒，进一步提高了合金的性能。
[0022]综上所述，本专利技术提供的析出强化镍基高温合金服役于高温环境时，析出的超点阵相仍能保持较好的稳定性，从而使合金依然具有较高的屈服强度，且随着温度的升高，合金表面可以形成致密的氧化膜，磨损率逐渐降低，具有良好的耐磨性。
【附图说明】
[0023]图1为本专利技术实施例1制备的镍基高温合金和对比例的显微组织，其中(b)为施例1制备的镍基高温合金微观组织的背散射电子图像(SEM
‑
BSE)，(a)为对比例的微观组织图像；
[0024]图2(a)、(b)为本专利技术实施例1制备的镍基高温合金的透射电子显微分析图像(TEM)，(c)为对比例合金的透射电子显微分析；
[0025]图3(a)、(b)为本专利技术实施例1制备的镍基高温合金和对比例在室温和高温(650℃)拉伸应力
‑
应变曲线；
[0026]图4为本专利技术制备的镍基高温合金的高温摩擦磨损实验结果，其中，(a)、(b)、(c)、(d)分别为实施例1制备的高温合金在室温、300℃、650℃、800℃的摩擦系数曲线，磨损率图、磨坑深度和磨损三维轮廓形貌图。
【具体实施方式】
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进一步详细说明。
[0028]本专利技术提供一种析出强化镍基高温合金，其特征在于，按原子百分比计算，其包括如下成分：
[0029]Cr：6％
‑
14％，Mo:12％
‑
20％，W:≤4％，Ti:≤4％，余量为Ni。
[0030]特别的，按原本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种析出强化镍基高温合金，其特征在于，按原子百分比计算，其包括如下成分：Cr：6％
‑
14％，Mo:12％
‑
20％，W:≤4％，Ti:≤4％，余量为Ni。2.根据权利要求1所述的一种析出强化镍基高温合金，其特征在于，按原子百分比计算，其包括如下成分：Cr：10.04％，Mo：15.32％，W：2.15％，Ti：2％，余量为Ni。3.根据权利要求1或2任一所述的一种析出强化镍基高温合金，其特征在于，所述合金平衡态组织为奥氏体基体，析出相为Pt2Mo型和D0
22
型，其中Pt2Mo型和D0
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型超点阵相均匀弥散分布于奥氏体基体内。4.据权利要求3所述的一种析出强化镍基高温合金，其特征在于，所述合金晶粒尺寸为10
‑
20μm，该合金在室温和650℃的屈服强度分别为1645MPa和1122MPa，且在室温和650℃的塑性分别不低于30％和15％。5.根据权利要求1所述的一种析出强化镍基高温合金，其特征在于，所述合金的磨损率随着温度的变化现增加后减小，在800℃时磨损率达到低，为1.36
×
10
‑6mm3/m
·
N。6.一种析出强化镍基高温合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小琳，何毅，郝晓晓，王海丰，杨佳伟，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：