一种纳米相增强的无钨钴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纳米相增强的无钨钴镍基高温合金，按原子百分比计，该合金的化学成分如下：Ni：25～40％；Al：8～12％；Cr：8～12％；Mo：4～7％；Ta：1～4％；Ti：0～4％；B：0～0.05％；其余为钴。本发明专利技术还公开了一种纳米相增强无钨钴镍基高温合金的制备方法。本发明专利技术用Ta、Ni、Ti等元素替代W，稳定γ

【技术实现步骤摘要】
一种纳米相增强的无钨钴镍基高温合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于高温合金
，尤其是涉及一种纳米相增强的无钨钴镍基高温合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]镍基和钴基高温合金在高温结构材料的发展中都占据重要的地位。其中，镍基高温合金由于γ
′
相(Ni3Al)沉淀强化的应用而具有优异的高温力学性能，得以广泛应用于航空航天等领域。而钴基高温合金通常具有更为优良的抗氧化耐腐蚀性能，且钴熔点(1495℃)较镍熔点(1445℃)更高，意味着钴基高温合金可能具有更高的承温能力。然而，目前应用较多的钴基高温合金主要为固溶强化型，其强化效果低于沉淀强化型合金。近几十年来，为适应高温结构材料持续发展的需求，材料学者一直尝试将沉淀强化机制引入到钴基高温合金中，以发展具有综合性能更为优异的高温结构材料。
[0003]然而，钴基高温合金中Co3Al在Co
‑
Al二元体系中不能稳定存在，直到2006年Sato等人在Co
‑
Al
‑
W三元合金体系中获得在FCC基体中析出L12有序结构的γ
′‑
Co3(Al,W)共格析出相，使得该合金具有良好的高温力学性能。但是，亚稳态的γ
′‑
Co3(Al,W)相在温度高于900℃长期时效过程中容易发生相变，合金组织稳定性较差；此外，这一类合金难熔元素W含量一般在5～10at.％，合金密度一般高于9.0g/cm3，限制了其在航空航天等领域的应用。因此，在减少甚至不添加钨的条件下，通过合金成分设计及热处理工艺优化，获得高温下γ/γ
′
两相组织稳定且力学性能优异的合金是新型钴基高温合金的发展难点。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种不含钨、低密度、具有优异力学性能的纳米相增强的无钨钴镍基高温合金及其制备方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种纳米相增强的无钨钴镍基高温合金，按原子百分比计，该合金的化学成分如下：
[0006]Ni：25～40％；
[0007]Al：8～12％；
[0008]Cr：8～12％；
[0009]Mo：4～7％；
[0010]Ta：1～4％；
[0011]Ti：0～4％；
[0012]B：0～0.05％；
[0013]其余为钴。
[0014]进一步的，该合金的化学成分如下：
[0015]Ni：28～35％；
[0016]Al：8～12％；
[0017]Cr：10～12％；
[0018]Mo：4～7％；
[0019]Ta：1～2％；
[0020]Ti：0～2％；
[0021]B：0.02～0.05％；
[0022]其余为钴。
[0023]进一步的，在FCC
‑
γ基体中析出具有L12有序结构且与基体共格的γ
′
纳米强化相。
[0024]进一步的，合金的密度不大于8.6g/cm3，小于Co
‑
Al
‑
W系列沉淀强化型钴基高温合金。
[0025]一种如上述的纳米相增强无钨钴镍基高温合金的制备方法，包括以下步骤：
[0026]将原料Co、Ni、Al、Cr、Mo、Ta、Ti和B按所需合金成分称取原料，而后将所称取的原料充分熔化并混合均匀，浇铸得到化学成分符合要求的合金铸锭；
[0027]将上述合金铸锭均匀化，在1100～1330℃温度区间保温不少于1小时，随后冷却至室温；
[0028]将均匀化后的合金进行冷轧或热轧；
[0029]再结晶，在900～1200℃温度区间保温不少于5分钟，随后冷却至室温；
[0030]时效，在650～1000℃温度区间保温不少于1小时，随后冷却至室温。
[0031]本专利技术通过成分设计，专利技术了一种无W钴镍基高温合金，仅含有Co、Ni、Ta、Ti、Cr、Mo、B等元素，密度较低，且具有典型的γ/γ
′
两相结构(FCC
‑
γ基体中析出L12结构的γ
′
纳米强化相)，高温(例如：900℃)下组织稳定性高。由于含有较高体积分数的析出相，同时添加了Mo元素强化基体相，本专利技术合金在室温至1000℃温度范围内具有优异的力学性能，在高温结构材料等领域有着广阔的应用前景。
[0032]本专利技术提供了一种纳米相增强的无钨钴镍基高温合金的成分范围及其制备方法，在不添加钨的前提下，使用Ta、Ni、Ti等作为γ
′
相稳定元素，在FCC
‑
γ基体中析出具有L12有序结构并能在高温下长期稳定的γ
′
强化相，获得了高温力学性能优异、组织稳定性高的无钨钴镍基高温合金。本专利技术中合金元素的作用及其成分范围的选择陈述如下：
[0033]Ni是γ
′
相形成元素，在钴基合金中加入一定的Ni，使得钴基合金中能够析出γ
′
相，有效地提高γ/γ
′
两相的组织稳定性及合金的性能。Ni含量能够提高γ
′
相体积分数，但Ni含量过高会使得合金体系由钴镍基转变为镍基合金，因此本专利技术合金Ni的原子百分比含量控制在25～40％。
[0034]Al也是γ
′
相形成元素，对合金中γ
′
相的体积分数有决定性作用，且Al能有效降低合金的密度，但Al含量过高还会导致β相等有害相析出，因此本专利技术合金Al的原子百分比含量控制在8～12％。
[0035]Ta是γ
′
相强稳定元素，能有效稳定γ/γ
′
两相组织。相较于W而言，Ta的密度略小，但是Ta成本高，含量过高也会增加低熔点共晶的含量，降低合金的初熔温度。因此，本专利技术合金Ta的原子百分比含量控制在1～4％。
[0036]Cr是合金具有优异的抗氧化和耐腐蚀性的关键元素，但由于钴基高温合金中γ/γ
′
两相区相对较窄，Cr的加入量过高会诱发脆性相析出，造成γ/γ
′
两相结构不稳定，也
不利于其高温力学性能。因此，本专利技术合金Cr的原子百分比含量控制在8～12％。
[0037]Mo是钴镍基固溶体相中常用的强化元素。但过量的Mo会降低合金的耐腐蚀性，并且更容易析出μ、TCP等有害相。因此，本专利技术合金Mo的原子百分比含量控制在4～7％。
[0038]Ti也是γ
′
相稳定元素，Ti的密度和成本低，能有效提高γ
′
相的析出温度和体积分数，但Ti含量过多会导致β相等有害相析出。因此，本专利技术合金Ti原子百分比含量控制在0～4％。
[0039]B作为微合金元素，能强化晶界，改善晶界脆性，但B含量过高会使合金的持久性能降低，因此本专利技术合金B原子百分比含量控制在0～0.05％。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米相增强的无钨钴镍基高温合金，其特征在于，按原子百分比计，该合金的化学成分如下：Ni：25～40％；Al：8～12％；Cr：8～12％；Mo：4～7％；Ta：1～4％；Ti：0～4％；B：0～0.05％；其余为钴。2.根据权利要求1所述的纳米相增强的无钨钴镍基高温合金，其特征在于，该合金的化学成分如下：Ni：28～35％；Al：8～12％；Cr：10～12％；Mo：4～7％；Ta：1～2％；Ti：0～2％；B：0.02～0.05％；其余为钴。3.根据权利要求1所述的纳米相增强的无钨钴镍基高温合金，其特征在于：在面心立方(FCC)γ基体中析出具有L12有序结构且与基体共格的球形γ
′
纳米强化相。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁青青，贝红斌，张洲晴，魏晓，张泽，
申请(专利权)人：浙江省科创新材料研究院，
类型：发明
国别省市：