一种低密度镍基高温合金及其制备方法技术

本发明专利技术是关于一种低密度镍基高温合金及其制备方法，涉及镍基高温合金技术领域。主要采用的技术方案为：以重量百分比计，所述低密度镍基高温合金的化学成分如下：C 0.02

【技术实现步骤摘要】
一种低密度镍基高温合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种镍基高温合金
，特别是涉及一种低密度镍基高温合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]镍基高温合金以其优异的力学性能和承温能力成为先进航空航天发动机高温结构件的首选材料。
[0003]随着对航空运输经济效益的日益提高，需要大幅提高航空航天发动机的燃油效率，促使高温合金构件的高温性能不断提高；但随之而来的是合金的密度逐渐提高，使发动机的总体重量增加，降低燃油效率。如果密度大的合金做成高温合金叶片，易导致叶片和涡轮盘产生裂纹而提前报废。因此，在保证强度的前提下，首先控制合金密度，降低叶片及涡轮盘所受的离心力作用并降低发动机的重量，来提升发动机的安全性和燃油经济性。
[0004]综上，亟需一种同时具有低密度、较高的高温力学性能和韧性的镍基高温合金。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种低密度镍基高温合金及其制备方法，主要目的在于提供及制备一种同时具有低密度、较高的高温力学性能和韧性的镍基高温合金。
[0006]为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：
[0007]一方面，本专利技术的实施例提供一种低密度镍基高温合金，以重量百分比计，所述低密度镍基高温合金的化学成分如下：
[0008]C：0.02
‑
0.17wt％，优选0.05
‑
0.15wt％；
[0009]Cr：8.0
‑
10.5wt％，优选8.5
‑
9.6wt％；
[0010]Co：4.0
‑
5.6wt％，优选4.5
‑
5.5wt％；
[0011]W：5.0
‑
8.5wt％，优选6.5
‑
8.0wt％；
[0012]Mo：2.0
‑
4.5wt％，优选2.5
‑
3.5wt％；
[0013]Al：5.0
‑
7.0wt％，优选5.6
‑
6.3wt％；
[0014]Nb：1.5
‑
2.6wt％，优选2
‑
2.5wt％；
[0015]Y：0.001
‑
0.06wt％，优选0.01
‑
0.05wt％；
[0016]B：0.001
‑
0.045wt％，优选0.01
‑
0.034wt％；
[0017]Hf：0.5
‑
2.0wt％，优选1.0
‑
1.7wt％；
[0018]Mg:0
‑
0.003wt％，优选0
‑
0.001wt％；
[0019]Ca 0
‑
0.003wt％，优选0
‑
0.001wt％；
[0020]Ni为余量。
[0021]优选的，在所述低密度镍基高温合金中，强化相γ
′
相形成元素的含量满足如下条件：Al元素和Hf元素之和大于等于7.0wt％、小于等于8.0wt％。
[0022]优选的，在所述低密度镍基高温合金中，微量元素C、Y、B满足如下条件：C元素、Y元
素及B元素的含量之和大于等于0.075wt％、小于等于0.14wt％。
[0023]优选的，在所述低密度镍基高温合金中，Mg元素满足如下条件：大于0、小于等于0.001wt％。
[0024]优选的，在所述低密度镍基高温合金中，Ca元素满足如下条件：大于0、小于等于0.001wt％。
[0025]优选的，所述低密度镍基高温合金的密度为8.0g/cm3‑
8.3g/cm3。
[0026]优选的，采用金相法测得所述低密度镍基高温合金的初熔温度为1200
‑
1220℃。
[0027]优选的，Mg、Hf、C元素之间的作用，促进在低密度镍基高温合金中形成颗粒状的M
23
C6型碳化物；优选的，所述颗粒状的M
23
C6型碳化物的形成位置包括合金的枝晶间位置。
[0028]优选的，Mg、Ca、Y、Al元素之间的作用，促进在低密度镍基高温合金中形成含Y、Mg、Al元素的化合物。优选的，所述含Y、Mg、Al元素的化合物为(Al、Mg)2Y；优选的，所述含Y、Mg、Al元素的化合物的形成位置包括枝晶间共晶位置。
[0029]优选的，若所述低密度镍基高温合金为等轴高温合金时，所述低密度镍基高温合金的微观组织包括基体γ相、强化相γ
′
相、骨架状碳化物相和颗粒状碳化物相；其中，强化相γ
′
相的体积分数为50
‑
60％，骨架状碳化物相的体积分数为0.001
‑
1％，颗粒状碳化物相的体积分数为0
‑
0.005％(优选为0.001
‑
0.005％)，共晶的体积分数为0.01
‑
0.5％，其余为γ相；优选的，在所述低密度镍基高温合金中，碳化物的尺寸为1
‑
500μm，微孔尺寸为50
‑
500μm，晶粒尺寸为0.5
‑
20mm。在此，高温变形过程中骨架状碳化物和颗粒状的碳化物的对变形过程起到协调作用，可以降低由微孔和共晶的有害作用，提升合金的力学性能。
[0030]优选的，若所述低密度镍基高温合金为定向柱晶高温合金或单晶高温合金时，则所述低密度镍基高温合金的微观组织包括基体γ相、强化相γ
′
相、骨架状碳化物相和颗粒状碳化物相；其中，强化相γ
′
相的体积分数为50
‑
60％，骨架状碳化物相的体积分数为0.001
‑
1％，颗粒状碳化物相的体积分数为0
‑
0.005％(优选为0.001
‑
0.5％)，共晶的体积分数为0.01
‑
0.6％，其余为γ相；优选的，在所述低密度镍基高温合金中，碳化物的尺寸为1
‑
600μm，微孔尺寸为10
‑
100μm。在此，相对于等轴晶，对于定向柱晶或单晶，由于凝固速率变缓，共晶含量有所增加，但是提升了合金的补缩能力，所以微孔尺寸有所降低，使得合金的力学性能提升。
[0031]优选的，所述低密度镍基高温合金在1020℃/137MPa条件下的持久强度寿命大于80h；所述低密度镍基高温合金在760℃/500MPa条件下的持久强度寿命大于等于45h；所述低密度镍基高温合金在980℃/216MPa条件下的持久强度寿命大于等于25h；所述低密度镍基高温合金在1000℃/135MPa条件下的持久强度寿命大于等于60h。
[0032]优选的，所述低密度镍基高温合金为定向柱晶高温合金或单晶高温合金，所述制备方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低密度镍基高温合金，其特征在于，以重量百分比计，所述低密度镍基高温合金的化学成分如下：C：0.02
‑
0.17wt％，优选0.05
‑
0.15wt％；Cr：8.0
‑
10.5wt％，优选8.5
‑
9.6wt％；Co：4.0
‑
5.6wt％，优选4.5
‑
5.5wt％；W：5.0
‑
8.5wt％，优选6.5
‑
8.0wt％；Mo：2.0
‑
4.5wt％，优选2.5
‑
3.5wt％；Al：5.0
‑
7.0wt％，优选5.6
‑
6.3wt％；Nb：1.5
‑
2.6wt％，优选2
‑
2.5wt％；Y：0.001
‑
0.06wt％，优选0.01
‑
0.05wt％；B：0.001
‑
0.045wt％，优选0.01
‑
0.034wt％；Hf：0.5
‑
2.0wt％，优选1.0
‑
1.7wt％；Mg：0
‑
0.003wt％,优选0
‑
0.001wt％；Ca：0
‑
0.003wt％,优选0
‑
0.001wt％；Ni为余量。2.根据权利要求1所述的低密度镍基高温合金，其特征在于，在所述低密度镍基高温合金中，强化相γ
′
相形成元素的含量满足如下条件：Al元素和Hf元素之和大于等于7.0wt％、小于等于8.0wt％；和/或在所述低密度镍基高温合金中，微量元素C、Y、B满足如下条件：C元素、Y元素及B元素的含量之和大于等于0.075wt％、小于等于0.14wt％。3.根据权利要求2所述的低密度镍基高温合金，其特征在于，在所述低密度镍基高温合金中：Mg元素满足如下条件：大于0、小于等于0.001wt％；和/或Ca元素满足如下条件：大于0、小于等于0.001wt％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的低密度镍基高温合金，其特征在于，所述低密度镍基高温合金的密度为8.0
‑
8.3g/cm3；和/或采用金相法测得所述低密度镍基高温合金的初熔温度为1200
‑
1220℃。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的低密度镍基高温合金，其特征在于，Mg、Hf、C元素之间的作用，促进在低密度镍基高温合金中形成颗粒状的M
23
C6型碳化物；优选的，所述颗粒状的M
23
C6型碳化物的形成位置包括合金的枝晶间位置；和/或Mg、Ca、Y、Al元素之间的作用，促进在低密度镍基高温合金中形成含Y、Mg、Al元素的化合物；优选的，所述含Y、Mg、Al元素的化合物为(Al、Mg)2Y；优选的，所述含Y、Mg、Al元素的化合物的形成位置包括枝晶间共晶位置。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的低密度镍基高温合金，其特征在于，若所述低密度镍基高温合金为等轴高温合金，则：所述低密度镍基高温合金的微观组织包括基体γ相、强化相γ
′
相、骨架状碳化物相和颗粒状碳化物相；其中，强化相γ
′
相的体积分数为50
‑
60％，骨架状碳化物相的体积分数为0.001
‑
1％，颗粒状碳化物相的体积分数为0
‑
0.005％，优选为0.001
‑
0.005％，共晶的体积分数为0.01
‑
0.5％，其余为γ相；优选的，在所述低密度镍基高温合金中，碳化物的尺寸为1
‑
500μm，微孔尺寸为50
‑
500μm，晶粒尺
寸为0.5
‑
20mm；若所述低密度镍基高温合金为定向柱晶高温合金或单晶高温合金，则：所述低密度镍基高温合金的微观组织包括基体γ相、强化相γ
′
相、骨架状碳化物相和颗粒状碳化物相；其中，强化相γ
′
相的体积分数为50
‑
60％，骨架状碳化物相的体积分数为0.001
‑
1％，颗粒状碳化物相的体积分数为0
‑
0.005％，优选为0.001
‑
0.005％，共晶的体积分数为0.01
‑
0.6％，其余...

【专利技术属性】
技术研发人员：于金江，孙晓峰，杨彦红，周亦胄，王新广，李金国，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：