粉末高温合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及金属材料技术领域，具体涉及一种粉末高温合金及其制备方法和应用。粉末高温合金，以质量分数计，成分包括：Co、Cr、Mo、Nb、Al、Ta、Ti、C、Zr、Hf、W、B和Ni；所述粉末高温合金中的Al、Ti、Nb和Ta的总质量分数为：12<(Al+Ti+Nb+Ta)<13.5；所述Al和所述Ti的质量比值为1.0~1.2；所述粉末高温合金的γ

【技术实现步骤摘要】
粉末高温合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及金属材料
，具体而言，涉及一种粉末高温合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]高温合金是指在600℃以上的高温环境中能够承受复杂应力，并且具有优异的抗腐蚀、氧化、疲劳、蠕变能力，并且长时间保持组织稳定性的高度合金化的镍基、铁基、钴基奥氏体金属材料。其是制造航空发动机和工业燃气轮机和热端部件的关键结构材料。
[0003]按照基体元素来划分，高温合金可以分为铁基、钴基、镍基等类型的高温合金；按成形工艺划分，也可以将其划分为铸造、变形、粉末等高温合金。作为航空发动机中最重要的高温结构转动部件，涡轮盘以镍基高温合金为主，采用变形或粉末冶金等工艺制成。
[0004]由于涡轮盘用镍基高温合金组元复杂，常见元素含量超过10余种，除Ni元素外，还含有Co、Cr、W、Mo、Al、Ti、Nb、C、B等元素，高度合金化的结果导致冶炼后的合金锭坯存在严重的成分偏析，一方面严重恶化了锭坯的热塑性变形特性，另一方面导致锻造后的组织和性能均匀性变差，对涡轮盘服役的安全性提出了更大挑战。
[0005]粉末冶金工艺的出现，为高合金化合金制备提供了解决方案，在高温合金制粉过程中，合金液滴在极高的冷速下快速凝固成为细小的粉末颗粒，内部的合金元素并未进行充分扩散，成分偏析也被限制在粉末颗粒尺寸范围内，消除了常规铸造过程中产生的宏观偏析，每个粉末颗粒相当于一个微铸锭；高温合金粉末经过筛分等处理，再热固结成块体，显著提高了合金的综合力学性能，同时改善了合金制备过程中的热工艺性能。
[0006]粉末高温合金是先进航空发动机涡轮盘等关键热端转动部件用关键结构材料，粉末高温合金涡轮盘锻件的应用是航空发动机先进性的重要标志。
[0007]粉末高温合金盘锻件制备工艺复杂、要求严格，属于典型的高技术壁垒产品。
[0008]随着航空发动机性能的提升，对粉末高温合金的使用温度和综合力学性能提出了更高的要求，因此研制出在高温下具有高组织稳定性、高拉伸性能、高抗蠕变性能、高抗疲劳性能的粉末高温合金对航空事业的发展具有重要意义。
[0009]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0010]本专利技术的一个目的在于提供一种粉末高温合金，在高温下具有优异的组织稳定性，具有优异的高温拉伸强度、抗蠕变性能及抗疲劳性能。
[0011]本专利技术的另一个目的在于提供一种所述的粉末高温合金的制备方法，该方法简单易行，高效。
[0012]本专利技术的另一个目的在于提供一种应用了如上所述的粉末高温合金的航空航天装备。
[0013]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
粉末高温合金，以质量分数计，所述粉末高温合金的成分包括：Co 17.3%~18.7%、Cr 11.6%~12.5%、Mo 2.7%~3.1%、Nb 1.35%~1.55%、Al 3.0%~3.4%、Ta 4.7%~5.4%、Ti 2.8%~3.4%、C 0.04%~0.07%、Zr 0.035%~0.065%、Hf 0.25%~0.55%、W 2.5%~3.4%和B 0.02%~0.06%，以及余量的Ni；所述粉末高温合金中的Al、Ti、Nb和Ta的总质量分数为：12<(Al+Ti+Nb+Ta)<13.5；所述Al和所述Ti的质量比值为1.0~1.2；所述粉末高温合金的γ
′
相含量为45%~55%。
[0014]在一种实施方式中，以质量分数计，所述粉末高温合金的成分包括：Co 17.7%~18.5%、Cr 11.8%~12.3%、Mo 2.8%~3.0%、Nb 1.35%~1.52%、Al 3.17%~3.4%、Ta 4.8%~5.4%、Ti 2.9%~3.1%、C 0.04%~0.06%、Zr 0.045%~0.055%、Hf 0.35%~0.45%、W 2.8%~3.2%和B 0.03%~0.05%，以及余量的Ni；所述粉末高温合金中的Al、Ti、Nb和Ta的总质量分数为：12.3<(Al+Ti+Nb+Ta)<13.4；所述Al和所述Ti的质量比值为1.09~1.2。
[0015]在一种实施方式中，所述粉末高温合金的γ
′
相的固溶温度为1140~1180℃。
[0016]在一种实施方式中，所述粉末高温合金的工作温度为750~830℃。
[0017]在一种实施方式中，所述粉末高温合金在800℃的γ
′
摩尔分数大于或等于40%。
[0018]在一种实施方式中，所述粉末高温合金的固溶热处理窗口大于或等于70℃。
[0019]在一种实施方式中，所述粉末高温合金的平均d轨道能级参数<1.0。
[0020]在一种实施方式中，所述粉末高温合金中的B、Zr和C的质量关系满足：(B+Zr)/C=1.78~2。
[0021]在一种实施方式中，以质量分数计，所述粉末高温合金中还包括Mg 0.002%~0.009%。
[0022]在一种实施方式中，以质量分数计，所述粉末高温合金中还包括Ce 0.001%~0.005%。
[0023]所述的粉末高温合金的制备方法，包括以下步骤：（a）按照质量分数配比将各成分混合熔炼，得到母合金材料；将所述母合金材料进行制粉、筛分，得到合金粉末；（b）对步骤（a）得到的所述合金粉末进行真空脱气和封焊，再进行热等静压成形，得到锭坯；（c）对步骤（b）得到的所述锭坯进行包套，再进行热挤压、等温锻造，得到盘坯；（d）对步骤（c）得到的所述盘坯进行热处理。
[0024]在一种实施方式中，所述热等静压成形的温度为1160~1200℃，所述热等静压成形的压力为120~140MPa，所述热等静压成形的时间为2~5h。
[0025]在一种实施方式中，所述热挤压的温度为1100~1140℃，所述热挤压的挤压比为（6~8）:1。
[0026]在一种实施方式中，所述等温锻造的温度为1100~1140℃，应变速率为10
‑2~10
‑
3 s
‑1。
[0027]在一种实施方式中，所述热处理包括固溶处理和时效处理。
[0028]在一种实施方式中，所述固溶处理的温度为1160~1200℃，固溶处理的时间为2~5h。
[0029]在一种实施方式中，所述固溶处理之后和时效处理之前，还包括：油淬。
[0030]在一种实施方式中，所述时效处理包括第一时效处理和第二时效处理；所述第一时效处理的温度为850~880℃，保温时间为1~6h，所述第一时效处理采用空冷；所述第二时效处理的温度为750~780℃，保温时间为12~20h，所述第二时效处理采用空冷。
[0031]应用了如上所述的粉末高温合金的航空航天装备。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术的粉末高温合金通过各化学成分的协调配合作用，在高温下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.粉末高温合金，其特征在于，以质量分数计，所述粉末高温合金的成分包括：Co 17.3%~18.7%、Cr 11.6%~12.5%、Mo 2.7%~3.1%、Nb 1.35%~1.55%、Al 3.0%~3.4%、Ta 4.7%~5.4%、Ti 2.8%~3.4%、C 0.04%~0.07%、Zr 0.035%~0.065%、Hf 0.25%~0.55%、W 2.5%~3.4%和B 0.02%~0.06%，以及余量的Ni；所述粉末高温合金中的Al、Ti、Nb和Ta的总质量分数为：12<(Al+Ti+Nb+Ta)<13.5；所述Al和所述Ti的质量比值为1.0~1.2；所述粉末高温合金的γ
′
相含量为45%~55%。2.根据权利要求1所述的粉末高温合金，其特征在于，以质量分数计，所述粉末高温合金的成分包括：Co 17.7%~18.5%、Cr 11.8%~12.3%、Mo 2.8%~3.0%、Nb 1.35%~1.52%、Al 3.17%~3.4%、Ta 4.8%~5.4%、Ti 2.9%~3.1%、C 0.04%~0.06%、Zr 0.045%~0.055%、Hf 0.35%~0.45%、W 2.8%~3.2%和B 0.03%~0.05%，以及余量的Ni；所述粉末高温合金中的Al、Ti、Nb和Ta的总质量分数为：12.3<(Al+Ti+Nb+Ta)<13.4；所述Al和所述Ti的质量比值为1.09~1.2。3.根据权利要求1所述的粉末高温合金，其特征在于，包含以下特征（1）至（5）中的至少一种：（1）所述粉末高温合金的γ
′
相的固溶温度为1140~1180℃；（2）所述粉末高温合金的工作温度为750~830℃；（3）所述粉末高温合金在800℃的γ
′
摩尔分数大于或等于40%；（4）所述粉末高温合金的固溶热处理窗口大于或等于70℃；（5）所述粉末高温合金的平均d轨道能级参数<1.0。4.根据权利要求1所述的粉末高...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建涛，毕中南，张明，张少明，侯琼，刘明东，
申请(专利权)人：钢铁研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：