可在900℃应用的碳化物弥散强化变形高温金属的制备方法技术

一种可在900℃应用的碳化物弥散强化变形高温金属的制备方法，属于材料制备技术领域。以镍基合金奥氏体为基体，简化合金元素种类，使合金成分简单，提高经济性，并且在合金元素配比中提高碳元素含量，通过均匀化及热处理工艺调控组织，得到大量弥散析出碳化物相，从而得到可在900℃应用的碳化物弥散强化经济型变形高温金属。本发明专利技术材料具有高稳定性、经济性等特点，900℃等温时效可保持组织稳定，且兼具金属材料的可变性特点。本发明专利技术以弥散析出碳化物为强化相，替代传统变形高温合金中弥散析出的γ

【技术实现步骤摘要】
可在900
℃
应用的碳化物弥散强化变形高温金属的制备方法


[0001]本专利技术属于材料制备
，具体涉及一种弥散析出碳化物强化的应用温度可达900℃的高组织稳定性、经济型变形高温金属的制备方法。

技术介绍

[0002]现有的变形高温合金体系中，弥散析出的γ
′
相对提升合金强度起着重要的作用。提升高温合金的γ
′
相含量，是提升变形高温合金高温强度的重要途径之一。基于该强化思想，目前较为先进的变形高温合金的γ
′
相质量分数已经超过了50wt.％，使合金的设计使用温度提升至800℃。但在长期服役过程中γ
′
相仍会发生退化，影响合金的长期组织稳定性。此外，随着γ
′
相含量升高，合金的组织控制难度增加，主要体现为铸态组织偏析严重、有害相增加，冶金难度增大、均匀化制度较为复杂；热加工窗口减小，热变形风险增加，组织不易控制。为提升高γ
′
相含量难变形高温合金的组织稳定性，合金设计中的合金化程度增加，并常添加昂贵的稀土元素，使合金成分复杂的同时也降低了经济性。
[0003]传统钴基合金依靠固溶强化和碳化物强化，缺少γ
′
相的强化作用，因此高温和中温强度较低。在钴基合金中通过Al元素添加形成Co3Al
‑
γ
′
相，使合金的高温蠕变性能优于传统的钴基高温合金。但受到γ
′
相稳定性的局限性，仍旧会出现高温失稳。此外，更高温度服役的金属间化合物、陶瓷基材料存在塑性低、成型困难等问题。在现有变形高温合金与金属间化合物的服役温度区间内存在空白。
[0004]鉴于以上原因，为提高现有变形高温合金的服役温度和长期组织稳定性，提出了一种弥散析出碳化物强化的经济型高温金属的设计思路。在镍基中通过高含量碳元素和碳化物形成元素的添加，以及合理的热处理制度调配，使大量的碳化物在合金中弥散、均匀析出，形成类似于γ
′
相强化的碳化物弥散析出强化效果。常见变形高温合金中γ
′
相的析出温度区间低于850℃，800℃以上的高温长期服役会出现γ
′
相失稳使合金性能减退。而碳化物的析出温度区间高达1200℃以上，可在800℃以上保持良好的稳定性。采用弥散碳化物作为强化相，使该类金属与现有镍基变形高温合金相比，可在更高温度下保持组织稳定性，提高了合金的服役温度。此外，镍基体具有较好的塑韧性，使该类材料具有良好的变形性。
[0005]基于以上思考，提出碳化物弥散强化经济型变形高温金属的设计思路，该类材料服役温度可达900℃，高于现有变形高温合金的承温能力，并且兼具了金属材料的塑韧性，可进行变形加工，同时为提升高温结构材料的服役温度提供新的思想与方法。

技术实现思路

[0006]为了解决以上问题，本专利技术提供一种弥散析出碳化物强化的使用温度可达900℃的经济型变形高温金属的制备方法，采用熔炼及后续热处理的方式，得到弥散析出的碳化物颗粒。本专利技术通过改变弥散析出相的种类，从而设计制备具有新型强化相的变形高温金属，从而为突破变形高温合金体系发展瓶颈的困境提供新的思想与方法。
[0007]根据本专利技术提供一种弥散析出碳化物强化的使用温度可达900℃的经济型变形高
温金属的制备方法，根据典型高温合金奥氏体成分作为合金基体进行配料，提升碳元素配比。采用真空电弧炉熔炼的方式进行制备合金，并且通过热处理调控，从而得到弥散析出碳化物强化的经济型高温结构材料。
[0008]一种弥散析出碳化物强化的变形高温金属的制备方法，其特征在于，以镍基合金奥氏体为基体，简化合金构成，在元素配比中提高碳元素含量，熔炼后通过热处理工艺调控组织，以弥散析出的碳化物为主要强化方式，兼具固溶强化作用，能够在900℃保持组织稳定性，合金成分简单、经济性高的碳化物弥散强化变形高温金属；
[0009]所述方法包括：
[0010]步骤1，将镍、铬、碳、钼、钨、钒按照一定比例配制，金属原料通过砂纸打磨表面至呈金属光泽。打磨后所有原料放入无水乙醇中超声清洗后取出干燥；
[0011]步骤2，在一定气氛环境下将原料熔炼至液态；待熔体凝固冷却后，重复熔炼不少于5次后，将熔体浇注在金属模中；
[0012]步骤3，取出熔炼后的金属材料，放入马弗炉中按照一定工艺进行均匀化处理后取出，以一定冷却速度冷却至室温；
[0013]步骤4，放入马弗炉中按照一定工艺进行热处理后取出，得到碳化物弥散强化经济型变形高温金属。
[0014]进一步地，步骤(1)中所述的合金材料的原料成分及比例如下：
[0015]铬元素，占总质量的20～30wt.％；碳元素，占总质量的0.4～4wt.％；钼元素，占总质量0～20wt.％；钨元素，占总质量的0～20wt.％；钒元素，占总质量的0～20wt.％；镍元素含量为余量；所述的镍、铬、碳、钼、钨、钒的纯度不低于98％。合金中钼元素，钨元素，钒元素不能同时为0。
[0016]进一步地，步骤(2)中所述的一定气氛环境为真空或氩气气氛。
[0017]进一步地，步骤(3)中所述的均匀化工艺为均匀化温度1050～1250℃，保温时间为20～50h；所述的冷却速度不低于空冷冷却速度。
[0018]进一步地，步骤(4)中所述的热处理工艺为热处理温度700～1000℃，保温时间为5～300h。
[0019]本专利技术技术关键点在于：
[0020]1、本专利技术采用合理的镍、铬、碳、钼、钨、钒元素搭配，获得的弥散析出碳化物强化的变形高温金属组织结构以弥散析出的碳化物为主要强化方式，兼具固溶强化作用，能够在900℃保持组织稳定性。与传统的γ
′
相弥散强化的变形高温合金相比，组织稳定性高，成本低。
[0021]2、本专利技术中选用镍元素为基体以固溶大量元素，有利于铸态组织中不均匀分布的碳化物和元素在均匀化后完全回溶，在后续的热处理过程中碳化物可以弥散均匀析出。相比于传统变形高温合金，本专利技术中显著提升碳元素含量以诱导析出大量碳化物。本专利技术中加入铬元素以提升合金的抗氧化能力。铬、钼、钨、钒元素为强碳化物形成元素，该种元素的添加有利于合金中碳化物的弥散析出。此外，铬、钼、钨、钒元素还可固溶在基体中起到固溶强化效果。
[0022]3、本专利技术的均匀化工艺和热处理工艺是调节碳化物弥散强化经济型变形高温金属组织结构的关键。通过均匀化工艺充分回溶铸态组织中不均匀分布的碳化物及元素。通
过热处理工艺诱导弥散析出碳化物相，从而实现碳化物弥散强化效果。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]本专利技术提供一种可在900℃应用的碳化物弥散强化经济型变形高温金属的制备方法，采用熔炼以及热处理调控的方法，从而得到弥散析出的碳化物。碳化物从基体中弥散析出，数量多且弥散程度高，均匀性好。碳化物相比于合金基体而言，有着更高的杨氏弹性模量，抵抗塑性变形能力更强，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可在900℃应用的碳化物弥散强化变形高温金属的制备方法，其特征在于，以镍基合金奥氏体为基体，简化合金构成，在元素配比中提高碳元素含量，熔炼后通过热处理工艺调控组织，以弥散析出的碳化物为主要强化方式，兼具固溶强化作用，能够在900℃保持组织稳定性，合金成分简单、经济性高的碳化物弥散强化变形高温金属；所述方法包括：步骤1，将镍、铬、碳、钼、钨、钒按照一定比例配制，金属原料通过砂纸打磨表面至呈金属光泽；打磨后所有原料放入无水乙醇中超声清洗后取出干燥；步骤2，在一定气氛环境下将原料熔炼至液态；待熔体凝固冷却后，重复熔炼不少于5次后，将熔体浇注在金属模中；步骤3，取出熔炼后的金属材料，放入马弗炉中按照一定工艺进行均匀化处理后取出，以一定冷却速度冷却至室温；步骤4，放入马弗炉中按照一定工艺进行热处理后取出，得到可在900℃应用的碳化物弥散强化经济型变形高温金属。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：江河，王法，董建新，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：