本发明专利技术涉及高温合金技术，特别提供了一种低密度、高的初熔温度具有优良铸造性能的等轴铸造镍基高温合金及其制备工艺，可用于燃烧室浮动瓦片材料。按质量百分比计，合金成分如下：Ｃ ０．０３～０．０６，Ｃｒ ５～１２，Ａｌ ５．５～６．５，Ｃｏ ３～８，Ｗ ３～７，Ｍｏ ２～４，Ｎｂ １．６～３．２，Ｂ ０．０１～０．０３，Ｙ ０．００８～０．０２５，Ｎｉ余量。采用真空感应炉冶炼母合金，冶炼坩埚选用ＣａＯ或ＭｇＯ坩埚，操作过程为：按所述组分将碳、铬、钴、钨、钼、铌合金元素以及镍板装入坩埚中；当真空度达５０Ｐａ～０．１Ｐａ时，熔化合金；熔化完毕后，在１５５０℃～１６００℃精炼３０ｓ～３００ｓ，停电、结膜、破膜加入Ａｌ及Ａｌ－Ｙ和Ｎｉ－Ｂ中间合金，均匀搅拌，在１４５０℃～１５００℃浇铸成母合金锭。本发明专利技术解决镍基高温合金初熔温度较低，以及塑性和抗氧化性较差等问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高温合金技术，特别提供了一种低密度、高的初熔温度具有优良 铸造性能的等轴铸造镍基高温合金及其制备工艺，可用于燃烧室浮动瓦片材料。
技术介绍
高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在60(TC以上的高M^—定应力作用下 长期工作的一类金属材料。半个世纪以来，航空发动机涡轮前温度从40年代的 73(TC提高到1677°C。使用温度的提高对航空发动机材料提出了越来越苛刻的要 求。镍基高温合金是迄今鹏撮为优越，用途最为广泛航空发动机材料。当前该 合金使用温度的上限温度达到了 12ocrc左右，已接近于合金的熔点，但仍是目前 先进发动机中承受温度最高，应力载荷最大的关键部件的首选材料。镍基高温合金具有优异的抗高温氧化和高温腐蚀的性能。与铁基高温合金相 比，镍基高温合金具有良好的导热性、较高的组织稳定性，可以固溶更多的元素 而不产生有害相；镍基高温合金与钴基合金相比，具有比重轻、价格低、强度高 和抗氧化性好的特点。此外，镍基高温合金还具有优良的可铸性与高温持久性能。决定镍基高温合金优异性能的是其沉淀析出的面心立方金属间化合物Y相 (Ni3Al)强化。有些合金如In718还有序体心四方Y" (Ni3Nb)强化。 一般的钴基高 温合金由于缺乏Y相的强化作用，仅靠固溶强化和碳化物强化，因此一般难以达 到镍基高温合金的强度水平。镍基高温合金通过适当调节合金成分，可以使合金不但具有钴基合金无法比 拟的高温强度，而且还具有较高的初熔^t、较好的冷热疲劳性能、较高的塑性 和韧性，较高的抗氧化和耐腐蚀性，较低的密度，在航空发动机很多部件上应用 具有特殊的意义。国内用于航空发动机的镍基高温合金尽管已开发了很多，例如K403、 K405、 K441和K417G等合金，这些合金最大的缺点就是初熔温度及塑性与钴基高温合 金相比相差较大，限第U了这些合金的应用。另外，由于燃烧室浮动瓦片形状复杂， 不易于制备成单晶或采用定向凝固工艺。金属间化合物虽然具有比重低和强度高 的特点，但由于其塑性和抗氧化性较差，限制了其使用。所以就需要开发一种合金，要求具有高初熔温度、低密度、具有良好铸造性能、好的热疲劳性能和较高 的抗高温氧化性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高初熔温度、良好高温强度、低比重和较低成本、 良好铸造性能的综合性能优越的等轴铸造镍基高温合金及其制备工艺，解决镍基 高温合金初熔纟IU变较低，以及塑性和抗氧化性较差等问题。本专利技术的技术方案是-一种低密度高熔点镍基高温合金，按质量百分比计，合金成分如下C 0.03 0.06， Cr5 12， A15.5~6.5， Co3 8， W3 7， Mo2 4， Nb 1.6~3.2， B0.01 0.03， Y0細 0.025， Ni余量。该合金的制备工艺是.-采用真空感应炉冶炼母合金，冶炼柑埚选用CaO或MgO坩埚，操作过程为 按所述组分将碳、铬、钴、鸨、钼、铌合金元素以及镍板装入钳埚中；抽真空并 小功率加热以排除气体。当真空度达50Pa 0.1Pa时，给大功率熔化合金；熔化完 毕后，在155(TC 160(TC精炼30s 300s，真空度应达到0.1Pa 0.001Pa，停电、结 膜、破膜加入Al及Al-Y和Ni-B中间合金，均匀搅拌，在145(TC 150(TC浇铸成 母合金,定。所述镍基高温合金浇铸试棒或铸件时，用真空感应炉重熔母合金锭后浇铸， 浇铸的模壳在85(TC 110(TC预热3 5h;具体的工艺为将所需的母合金锭放入 CaO或MgO坩埚，给电排除气体；当真空度达到50Pa 0.01Pa级时，加大功率 熔化合金；在155(TO160(TC精炼30S 300S，真空度应达到0.1Pa 0.001Pa，在 145(TC 150(TC时进行浇铸；浇铸完，在真空室中冷却，等完全凝固后取出。本专利技术测温系统为W—Re电偶和JH-5型红外光导纟鹏真空度测试仪，测温 保护套管为Mo-Al2(V金属陶瓷管。所述的高温合金，按质量百分比，较好的成分如下C0.05， Cr9， A16 ， Co5.5， W3.5， Mo3， Nb2.2， B0.023， Y0.013， Ni所述的高温合金，按要求不同，可以采取不同的热处理制度，获得要求达到的性能热处理制度一1090°C 1110。C下，保温3h 5h，空冷至室温。 此热处理帝峻可以获得较好的塑性，兼顾了强度。热处理制度二1200。C 1220。C下，保温3h 5h，空冷至室温； 1040。C 1060。C下，保温3h 5h，空冷至室温； 850。C 89(TC下，保温20h 28h，空冷至室温。 此热处理制度可以获得较好的拉伸强度和蠕变性能。本专利技术工作原理如下在高温合金中，Al和Ti是最主要的y形成元素。本专利技术主要是加入较多的铝 形成高体积分数的Y相来提高其强度；因为Ti急剧降低合金的熔化温度，因此本 合金中完全限制Ti。通过加入f腿一步增力口Y相数量，提高了Y1'的晶格错配度， 增强了Y'相的强化作用，并与碳形成稳定的MC;加入少量的碳和硼， 一方面来强 化晶界，另一方面与铬、鸨、钼、铌形成碳化物和硼化物来强化合金；铬、钨、 钼等合金元素固溶强化合金。合金碳和硼的含量较低，不含钛，保证了该合金初 熔温度高，冷热疲劳性能好；铬和钇可以提高抗氧化能力；钇还可以改善碳化物 形态，提高其稳定性和抗开裂能力；钴的作用是固溶强化，可与Ni置换。本专利技术 合金i式样采用国际上通行的普通铸造技术制备，铸造性能好，易于加工。该专利技术的合金具有如下优点1、 合金初熔温度高。高温DSC分析表明本专利技术合金初熔温度高达1347'C， 高于K419、 K417G、 K418和K441高温合金分别达90。C、 70°C、 50°C 30°C ， 也略高于DZ40M、 K640等钴基合金。2、 铸造性能好。本专利技术合金的熔化温度范围1347tM375T:，凝固区间小， 可浇铸出形状复杂的部件。3、 合金密度较低。本专利技术合金密度仅为8.1g/cm3，远低于K441、 K640等合金。4、 合金抗氧化性能好。本专利技术合金的1100。C氧化i曾重速率为0.067g/m2h， 并且在90(TC 110(TC温度范围内都达到完全抗氧化级。5、 冷热疲劳性能好。本专利技术合金裂纹扩展速率仅远低于K465、 K417G、 DZ4幅等合金。6、 本专利技术合金的相稳定性好，长期时效也不易生成有害相。7、 成本低。本专利技术合金不含钽、铪等贵重元素，价格远低于DZ40M和K640A会8、 强度高。在所有温度上，本专利技术合金拉伸和持久强度均远高于初熔温度相 近的DZ40M和K640合金。附图说明图1 (a)-图1 (c)为本专利技术合金的组织形态。其中，图1 (a)典型铸态合 金组织；图l (b)铸态合金的强化相Y'形态；图l (c) 110(TC4小时热处理后的 Y '形态。图2是该合金的氧化增重曲线。 图3是该合金的热疲劳性能曲线。图4 (a)-图4 (b)是该合金在70(TC和90(TC的疲劳曲线。其中，图4 (a) 为70(TC的疲劳曲线，图4 (b)为90(TC的疲劳曲线。 具体实施例方式下面通过实例详述本专利技术。 实施例1本实施例成分见表l:表l本专利技术合金成分表(Wt。/cO<t本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低密度高熔点镍基高温合金，其特征在于，按质量百分比计，合金成分如下： Ｃ ０．０３～０．０６，Ｃｒ ５～１２，Ａｌ ５．５～６．５，Ｃｏ ３～８，Ｗ ３～７，Ｍｏ ２～４，Ｎｂ １．６～３．２，Ｂ ０．０１～０．０３，Ｙ ０．００ ８～０．０２５，Ｎｉ余量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓峰，周鹏杰，于金江，侯贵臣，连占卫，王志辉，管恒荣，胡壮麒，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]
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