一种低成本高性能的素化单晶高温合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低成本高性能的素化单晶高温合金及其制备方法，属于高温合金技术领域。本发明专利技术提供的低成本高性能的素化单晶高温合金，按质量百分比计，包括：8～12％的Al、8～10％的Cr、1～6％的Co、3～14％的强化元素和余量的Ni；所述强化元素包括W、Mo、Nb或Ta。在本发明专利技术中，Al能够和Ni形成沉淀强化相Ni3Al，提高合金的高温热强性，同时降低合金的密度；Cr具有固溶强化作用，提高合金的抗海洋腐蚀性能；Co可以抑制腐蚀内扩散，降低Ni固溶体层错能；强化元素可以对合金的高温低应力性能和超高温承温能力进行改善，同时避免组织的不稳定；高温合金的成本低，具有良好的性价比和环境友好性。性。性。

A low-cost and high-performance ferritized single crystal superalloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种低成本高性能的素化单晶高温合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高温合金
，尤其涉及一种低成本高性能的素化单晶高温合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]Ni基单晶高温合金是制备航空发动机高压涡轮叶片的关键材料，航空发动机的快速发展对Ni基单晶高温合金诸如承温能力、物/化性能、力学性能、成本、密度等综合性能提出了苛刻要求。
[0003]民用发动机追求涡轮叶片材料的性价比与环境友好。众所周知，现代商用单晶高温合金牌号成分极其复杂，合金化元素种类高达十余种，其中含有大量稀贵及难熔元素，如Re、Ru、W等。据估计，单晶涡轮叶片的单位质量价值与黄金相当，是发动机中最贵的零部件之一，其总价值占到发动机热端部件总价的1/3～1/2，因此，迫切需要低成本、高性价比单晶高温合金研发。同时，成分设计复杂也导致了回收处理过程中难以分离各种元素，几乎无法再利用，这造成了严重的金属资源浪费，甚至是资源危机，环境友好性很差，不符合循环型社会的要求。
[0004]军用发动机追求高战力，需要涡轮叶片材料的综合性能、耐海洋环境腐蚀等性能更加优秀。军用发动机推重比的提高主要依靠涡轮前温度的提升和结构减重，迫切需要单晶高温合金具有承温高与密度低的特点，尤其对于单晶涡轮叶片，其在高温腐蚀性气体的马赫数级速度冲刷下，很容易将发生腐蚀损伤，严重影响性能甚至发生破坏，折损战力。
[0005]总的来说，先进航空发动机要求新型单晶高温合金具有环境友好、高承温、低成本、低密度、环境抗性优异等综合优点，成为国内外研究热点和难点。然而，现有单晶高温合金在设计过程中，为了提高单晶高温合金的物化性能，通常选择添加大量的合金化元素—尤其是稀贵难熔元素，通过稀贵难熔元素元素产生的强化作用来提高单晶高温合金的综合性能，但是这也造成了合金元素众多、过重过贵、高温稳定性差、无法进一步开展环境抗性设计等问题，使得单晶高温合金的生产成本大幅度升高，性价比降低，严重限制了单晶高温合金的推广和应用。
[0006]因此，提供一种贵金属含量少、元素种类少且性能优异的镍基单晶高温合金，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种低成本高性能的素化单晶高温合金及其制备方法，本专利技术提供的素化单晶高温合金的元素组成少，容易回收处理，环境友好型优异，且合金的成本低、密度低且力学性能好，蠕变性能和抗热腐蚀性能优异。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0009]本专利技术提供了一种低成本高性能的素化单晶高温合金，按质量百分比计，包括以下组分：8～12％的Al、8～10％的Cr、1～6％的Co、3～14％的强化元素和余量的Ni；所述强
化元素包括W、Mo、Nb或Ta。
[0010]优选地，按质量百分比计，所述素化单晶高温合金包括以下组分：8～12％的Al、8～10％的Cr、2～6％的Co、5～14％的强化元素和余量的Ni。
[0011]优选地，按质量百分比计，包括以下组分：8～10％的Al、8～10％的Cr、3～6％的Co、8～12％的强化元素和余量的Ni。
[0012]优选地，按质量百分比计，包括以下组分：9％的Al、9％的Cr、6％的Co、8～12％的强化元素和余量的Ni。
[0013]优选地，所述素化单晶高温合金的单晶取向为[111]晶体取向。
[0014]本专利技术提供了上述技术方案所述素化单晶高温合金的制备方法，包括以下步骤：
[0015](1)将合金原料进行熔炼，得到母合金铸锭；
[0016](2)将所述步骤(1)得到的母合金铸锭熔化后进行定向凝固，得到合金铸锭；
[0017](3)将所述步骤(2)得到的合金铸锭依次进行固溶处理和等温转变热处理，得到素化单晶高温合金。
[0018]优选地，所述步骤(1)中熔炼的温度为1500～1700℃，熔炼的保温时间为1～4h。
[0019]优选地，所述步骤(2)中定向凝固的抽拉速率为2～5mm/min。
[0020]优选地，所述步骤(3)中固溶处理的方式为：先在1150～1240℃保温5～8h，然后升温至1250～1300℃保温10～15h。
[0021]优选地，所述步骤(3)中等温转变热处理的温度为1000～1100℃，等温转变热处理的时间为50～60h。
[0022]本专利技术提供了一种低成本高性能的素化单晶高温合金，按质量百分比计，包括以下组分：8～12％的Al、8～10％的Cr、1～6％的Co、3～14％的强化元素和余量的Ni；所述强化元素包括W、Mo、Nb或Ta。在本专利技术中，Al元素能够和Ni形成沉淀强化相Ni3Al，提高合金的高温热强性，同时能够降低合金的密度；Cr元素能够起到固溶强化作用，提高合金的抗海洋腐蚀性能；加入Co元素可以提高合金和S元素的亲和力，有效抑制外部S元素向合金内部的腐蚀和扩散，具有降低Ni固溶体层错能的作用，产生强化效果；强化元素可以对合金的高温低应力性能和超高温承温能力进行改善，通过控制其用量，可以避免合金密度和成本的增加，同时避免组织的不稳定；通过对高温合金的元素组成和用量进行优化，大幅度降低了镍基单晶高温合金的成本，使其具有良好的性价比和环境友好性。实施例的结果显示，本专利技术提供的素化单晶高温合金的单晶取向为[111]晶体取向，密度为7.5～8.2g/cm3，弹性模量≥180GPa，抗拉强度≥1200MPa，在1100℃、137MPa条件下的蠕变寿命≥300h，在900℃、喷盐量为10g/m2的条件下的热腐蚀重量变化≤1mg/cm2，抗氧化抗热腐蚀性能优异，每100千克的原料价格低于60000元，原料的成本低。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例1制备的素化单晶高温合金的背散射劳埃晶体点阵图谱；
[0024]图2为本专利技术实施例2制备的素化单晶高温合金的背散射劳埃晶体点阵图谱；
[0025]图3为本专利技术实施例3制备的素化单晶高温合金的背散射劳埃晶体点阵图谱；
[0026]图4为本专利技术实施例1～3制备的素化单晶高温合金的蠕变曲线；
[0027]图5为本专利技术实施例1～3提供的素化单晶高温合金的热腐蚀动力学曲线。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种低成本高性能的素化单晶高温合金，按质量百分比计，包括以下组分：8～12％的Al、8～10％的Cr、1～6％的Co、3～14％的强化元素和余量的Ni；所述强化元素包括W、Mo、Nb或Ta。
[0029]按质量百分比计，本专利技术提供的高性能素化单晶高温合金包括8～12％的Al，优选为8～10％，更优选为9％。本专利技术加入Al元素能够和Ni形成沉淀强化相Ni3Al，从而提高合金的高温热强性，同时Al元素的加入能够降低合金的密度；通过控制Al元素的用量，可以进一步提高合金的高温热强性。
[0030]按质量百分比计，本专利技术提供的高性能素化单晶高温合金包括8～10％的Cr，优选为9％。本专利技术加入Cr元素能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低成本高性能的素化单晶高温合金，按质量百分比计，包括以下组分：8～12％的Al、8～10％的Cr、1～6％的Co、3～14％的强化元素和余量的Ni；所述强化元素包括W、Mo、Nb或Ta。2.根据权利要求1所述的素化单晶高温合金，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：8～12％的Al、8～10％的Cr、2～6％的Co、5～14％的强化元素和余量的Ni。3.根据权利要求2所述的素化单晶高温合金，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：8～10％的Al、8～10％的Cr、3～6％的Co、8～12％的强化元素和余量的Ni。4.根据权利要求3所述的素化单晶高温合金，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：9％的Al、9％的Cr、6％的Co、8～12％的强化元素和余量的Ni。5.根据权利要求1～4任意一项所述的素化单晶高温合金，其特征在于，所述素化单晶高温合金的单晶取向为[111]晶体取向。6.权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：茹毅，杜博暄，裴延玲，李树索，宫声凯，
申请(专利权)人：北航四川西部国际创新港科技有限公司，
类型：发明
国别省市：