一种长寿命、抗裂纹的镍基高温合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于合金技术领域，具体涉及一种长寿命、抗裂纹的镍基高温合金及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的一种镍基高温合金，包括：C：0.01

【技术实现步骤摘要】
一种长寿命、抗裂纹的镍基高温合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于合金
，具体涉及一种长寿命、抗裂纹的镍基高温合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]高温合金一般具有高的室温和高温强度、良好的抗氧化性和抗热腐蚀性、优异的蠕变与疲劳抗力、良好的组织稳定性和使用的可靠性。
[0003]在整个高温合金领域中，镍基高温合金占有特殊重要的地位。与铁基和钴基高温合金相比，镍基高温合金具有更高的高温强度和组织稳定性，广泛应用于制作航空喷气发动机和工业燃气轮机的热端部件。现代燃气涡轮发动机有50％以上质量的材料采用高温合金，其中镍基高温合金的用量在发动机材料中约占40％。镍基合金在中、高温度下具有优异综合性能，适合长时间在高温下工作，能够抗腐蚀和磨蚀，是最复杂的、在高温零部件中应用最广泛的、在所有超合金中许多冶金工作者最感兴趣的合金。

技术实现思路

[0004]本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
[0005]燃油雾化、油气混合、点火和燃烧等过程都是在燃烧室内进行的，因此燃烧室是发动机各部件中温度最高的区域，燃烧室内燃气温度高达1500℃
‑
2000℃时，室壁合金承受的温度可达800℃
‑
900℃以上，局部处可达1100℃。因此，燃烧室所受的机械应力较小，但热应力较大，对材料的要求主要有：高温抗氧化和抗燃气腐蚀性能；足够的强度；良好的冷热疲劳性能；良好的工艺塑性(持久、弯曲性能)和焊接性能；以及合金在工作温度下长期组织稳定。随着技术的发展，对燃烧室室壁合金提出了越来越高的要求，传统的Inconel718及相应的替代合金已不能满足需求，因此，需要发展新的高温合金材料。
[0006]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种长寿命、抗裂纹的镍基高温合金，该合金不仅具有较好的抗氧化能力、持久寿命以及优异的室温拉伸强度，而且在高温和室温下都具有较好的塑性，在焊接时没有裂纹产生，便于加工应用。
[0007]本专利技术实施例的一种长寿命、抗裂纹的镍基高温合金，包括：C：0.01
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0.10％、Cr：17.00
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22.00％、Co：8.00
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12.00％、Mo：3.50
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5.00％、Al：2.10
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2.80％、Ti：1.70
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2.10％、Nb：0.90
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1.60％、B：0.004
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0.008％、Sc：0.001
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0.009％、Zr：0
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0.05％、W：0
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0.05％、V：0.10
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0.25％和Pd：0.05
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0.15％，余量为镍和不可避免的杂质，以质量百分含量计。
[0008]本专利技术实施例的镍基高温合金带来的优点和技术效果，1、本专利技术实施例中，采用了低Mo设计，Mo元素加到合金中可以明显增大镍固溶体晶格常数，增大长程弹性应力场，从而增加阻碍位错运动的阻力以及降低层错能，进而使合金的屈服强度明显增大，还可以促进合金中M6C型碳化物的形成，起到强化作用，此外，Mo元素进入γ'相，改变基体与γ'相的晶格错配度，并且Mo元素还可以细化奥氏体晶粒，但是，Mo元素含量过多会对合金的抗裂纹
敏感性造成影响，因此，本专利技术实施例中将Mo元素的含量控制在3.50
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5.00％范围内；2、本专利技术实施例中，加入了V元素，V元素添加到高温合金中，其中70％～87％分布于γ奥氏体中，其余部分分布于γ'相和其他析出相中，由于V的原子半径大于Ni原子，会产生晶格畸变，起到明显固溶强化作用，进而提高合金的屈服强度，并且V可以起到细化晶粒的作用，可以明显改善镍基高温合金的热加工工艺塑性，有利于合金的加工制造，其次，在合金中加入V元素可以改善合金的缺口敏感性，加入一定量的V元素还可以形成细小的VC颗粒，进而起到第二相强化作用，此外，V元素可以置换一部分Al、Ti，改善合金的中低温区间强度；3、本专利技术实施例中，加入了Pd元素，Pd(钯)是铂族元素，和其他铂族元素一样，Pd具有耐高温、熔点高、化学稳定性优良、耐腐蚀的特点，Pd与其他贵金属组成的耐高温材料在航空航天等领域得到了广泛应用，但在镍基高温合金中尚未见有添加Pd的相关报道；Pd能够显著提高合金的抗蠕变性能和抗氧化性能，而且在提高合金的高温强度的同时还能提高塑性，表现出了优异的综合力学性能，但当Pd含量过高时，高温延伸率反而降低。因此，本专利技术实施例中，将元素Pd的含量控制在0.05
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0.15％范围内；4、本专利技术实施例中，控制各元素的含量在设计的比例内，制备得到的合金不仅在89MPa、927℃条件下的持久寿命能达到340h以上，具有优异的室温拉伸强度，而且在816℃、221MPa、100h条件下的蠕变塑性伸长率能达到0.15％以下，同时具有非常好的抗氧化性能，平均氧化速度能降低至0.07g/m2·
h以下，并且抗应变时效开裂敏感性大于13％，具有优异的焊接性能。
[0009]在一些实施例中，所述V的质量百分含量为0.18
‑
0.22％。
[0010]在一些实施例中，所述Pd的质量百分含量为0.06
‑
0.12％。
[0011]在一些实施例中，所述Pd、V和B的质量百分含量满足关系式9.5<(V+3.8Pd)/5.6B<13.6。
[0012]在一些实施例中，所述Pd、V和B的质量百分含量满足关系式10.2<(V+3.8Pd)/5.6B<13.48。
[0013]在一些实施例中，所述镍基高温合金包括：C：0.02
‑
0.008％、Cr：17.22
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21.35％、Co：8.02
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11.24％、Mo：3.56
‑
4.96％、Al：2.12
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2.61％、Ti：1.71
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2.08％、Nb：0.92
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1.46％、B：0.006
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0.008％、Sc：0.001
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0.007％、Zr：0.001
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0.042％、W：0.02
‑
0.04％、V：0.18
‑
0.22％和Pd：0.06
‑
0.12％，余量为镍和不可避免的杂质，以质量百分含量计。
[0014]本专利技术实施例还提供了长寿命、抗裂纹的镍基高温合金在航空发动机中的应用。
[0015]本专利技术实施例还提供了长寿命、抗裂纹的镍基高温合金在燃气轮机中的应用。
[0016]本专利技术实施例还提供了一种长寿命、抗裂纹的镍基高温合金的制备方法，包括以下步骤：
[0017]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长寿命、抗裂纹的镍基高温合金，其特征在于，包括：C：0.01
‑
0.10％、Cr：17.00
‑
22.00％、Co：8.00
‑
12.00％、Mo：3.50
‑
5.00％、Al：2.10
‑
2.80％、Ti：1.70
‑
2.10％、Nb：0.90
‑
1.60％、B：0.004
‑
0.008％、Sc：0.001
‑
0.009％、Zr：0
‑
0.05％、W：0
‑
0.05％、V：0.10
‑
0.25％和Pd：0.05
‑
0.15％，余量为镍和不可避免的杂质，以质量百分含量计。2.根据权利要求1所述的长寿命、抗裂纹的镍基高温合金，其特征在于，所述V的质量百分含量为0.18
‑
0.22％。3.根据权利要求2所述的长寿命、抗裂纹的镍基高温合金，其特征在于，所述Pd的质量百分含量为0.06
‑
0.12％。4.根据权利要求2所述的长寿命、抗裂纹的镍基高温合金，其特征在于，所述Pd、V和B的质量百分含量满足关系式9.5<(V+3.8Pd)/5.6B<13.6。5.根据权利要求4所述的长寿命、抗裂纹的镍基高温合金，其特征在于，所述Pd、V和B的质量百分含量满足关系式10.2<(V+3.8Pd)/5.6B&lt...

【专利技术属性】
技术研发人员：束国刚，魏然，刘伟，胡博炜，白小龙，文新理，孙健，邓睿，余志勇，李慧威，刘西河，李振瑞，
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：