一种钴基变形高温合金及其制备方法技术

本发明专利技术是关于一种钴基变形高温合金及其制备方法，主要采用的技术方案为：一种钴基变形高温合金，以重量百分比计，包括如下化学成分：C 0.02

【技术实现步骤摘要】
一种钴基变形高温合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高温合金设计与制备
，特别是涉及一种钴基变形高温合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科技的发展与进步，动力系统(发动机和燃气轮机)的出口温度越来越高，所以其需求的结构材料也要求具有更高的承温能力。变形高温合金是航空发动机和燃气轮机的主要制备材料，其中，制备涡轮盘用的变形高温合金服役环境最为苛刻。目前，航空发动机涡轮盘用变形高温合金主要为镍基高温合金，合金牌号由GH4169合金逐步发展为GH4720Li合金，但是涡轮盘用变形高温合金很难长时间在750℃以上服役。
[0003]钴基高温合金比镍基高温合金具有更高的熔点、更加优异的抗热腐蚀性以及更好的焊接性能。目前，钴基高温合金的相关技术比较多，例如，专利公开号CN103045910B公开的一种高温稳定γ
′
相强化的钴基高温合金及其制备方法，其中的钴基高温合金中含有γ
′
相体积分数大于65％，但其是一种铸造钴基高温合金(非变形高温合金)；专利公开号CN108315600B公开的一种γ
′
相强化钴基高温合金及其制备方法，其公开的钴基合金中γ
′
相体积分数大于65％，该成分下合金是铸态合金，所以更加无法进行塑性变形加工，无法利用该合金制备涡轮盘件，同时该合金中W含量高，使合金的密度达到9g/cm3左右；专利公开号CN108385010B公开的一种低密度、高组织稳定性的钴基高温合金及其制备方法，通过降低W含量使合金密度降低0.2
‑
0.5g/cm3，但是该专利技术中钴基合金仍然是利用铸态组织热处理，考核其力学性能指标仅仅是通过硬度来衡量，而对于涡轮盘合金需要综合的高强性能(强度、持久寿命、抗蠕变性能和疲劳寿命等等)。
[0004]另外，目前对于钴基变形高温合金的相关技术也比较多，例如：专利公开号CN110592432B公开的一种钴基变形高温合金及其制备方法，其通过降低合金化程度使钴基变形高温合金具有优异的热加工性能，但是该技术获得的钴基变形高温合金的性能不及GH4720Li合金；专利公开号CN109321786B公开的一种钴基高温合金及其制备方法，通过降低W含量使合金密度下降，同时与铸造钴基高温合金相比，合金中的γ
′
相体积分数降低，但是该合金中含有Nb元素，容易产生铸造偏析不以消除，同时合金中的W+Ta含量仍然较高不易降低合金的密度，合金中γ
′
相呈均匀弥散分布，不易塑性加工。
[0005]综上所述，钴基变形高温合金在航空发动机涡轮盘制备领域具有较大的应用潜力。目前，亟需设计一种钴基变形高温合金，在可塑性加工的前提下，能制备出高强度的钴基变形高温合金，以作为航空发动机和燃气轮机盘件(如，涡轮盘)的首先材料。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种钴基变形高温合金及其制备方法，主要目的在于提供或制备一种钴基变形高温合金，该钴基变形高温合金具有优异的性能，能作为航空发动机和燃气轮机盘件(如，涡轮盘)的潜在材料。
[0007]为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：
[0008]一方面，本专利技术的实施例提供一种钴基变形高温合金，以重量百分比计，所述钴基变形高温合金包括如下化学成分：
[0009]C 0.02
‑
0.1％、Al 2
‑
5％、B 0.005
‑
0.05％、Cr 12
‑
18％、Mo 3
‑
6％、Ti 5
‑
7％、W 1.5
‑
5％、Zr 0.005
‑
0.05％、Ta 1
‑
2％、Ni 25
‑
40％、Mn≤0.1％、Fe≤0.3％、余量为Co及不可避免的杂质元素。
[0010]优选的，所述Ti和Al的重量百分含量之比为1.5
‑
2.2。
[0011]优选的，所述Al、Ti、Ta的重量百分含量之和为9
‑
12％。
[0012]优选的，所述W+Mo的重量百分含量之和为4.5
‑
8％。
[0013]优选的，在所述钴基变形高温合金中，γ
′‑
(Co,Ni)3(Ti,Al,Ta)相的体积分数为50
‑
60％。
[0014]优选的，所述钴基变形高温合金在750℃的温度下：屈服强度≥1000MPa、抗拉强度≥1050MPa；优选的，所述钴基变形高温合金在850℃的温度下：屈服强度≥850MPa、抗拉强度≥950MPa。
[0015]优选的，所述钴基变形高温合金在750℃、630Mpa环境下的持久寿命≥100h，且所述钴基变形高温合金在该环境下在100h时的蠕变残余应变量≤0.2％；优选的，所述钴基变形高温合金在850℃、400MPa环境下的持久寿命≥20h。
[0016]优选的，所述钴基变形高温合金经过750℃、2000h的长期时效处理后无TCP相析出；所述钴基变形高温合金经过850℃、1000h的长期时效处理后无TCP相析出。
[0017]优选的，所述钴基变形高温合金的室温密度≤8.55g/cm3。
[0018]另一方面，上述任一项所述的钴基变形高温合金的制备方法，其包括如下步骤：
[0019]熔炼步骤：对合金原料依次进行第一步真空感应熔炼、第二步电渣重熔、第三步真空自耗熔炼后，得到合金铸锭；
[0020]变形步骤：对所述合金铸锭进行开坯锻造，得到合金棒材；对所述合金棒材进行塑性成形处理，成形出设定形状的合金；
[0021]固溶、时效步骤：对所述设定形状的合金进行进行固溶、时效处理，得到所述钴基变形高温合金。
[0022]优选的，在所述熔炼步骤中：所述第一步真空感应熔炼、第二步电渣重熔、第三步真空自耗熔炼中的每一步熔炼后得到的合金铸锭均进行退火处理；优选的，所述退火处理的温度为1100
‑
1250℃；优选的，进行退火处理时的升温速率≤60℃/h；优选的，退火处理后的合金铸锭随炉冷却至不超过200℃后出炉。
[0023]优选的，在所述变形步骤中：
[0024]所述开坯锻造的温度为1120
‑
1200℃；和/或
[0025]所述开坯锻造为5
‑
12火次的开坯锻造；优选的，前1
‑
7火次的开坯锻造为在1150
‑
1200℃的温度下进行的锻造，优选为抢锻(关于术语“抢锻”，其是锻造现场的专业术语，指的是在最短的时间(30min)内完成锻造，防止温度散失严重，保证锻造为近等温变形)，后1
‑
5火次的开坯锻造的温度为1120
‑
1150℃。优选的，在后1
‑
5火次的开坯锻造中，每隔1
‑
3火次，初锻温度降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴基变形高温合金，其特征在于，以重量百分比计，所述钴基变形高温合金包括如下化学成分：C 0.02
‑
0.1％、Al 2
‑
5％、B 0.005
‑
0.05％、Cr 12
‑
18％、Mo 3
‑
6％、Ti 5
‑
7％、W 1.5
‑
5％、Zr 0.005
‑
0.05％、Ta 1
‑
2％、Ni 25
‑
40％、Mn≤0.1％、Fe≤0.3％、余量为Co及不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的钴基变形高温合金，其特征在于，所述Ti和Al的重量百分含量之比为1.5
‑
2.2；和/或所述Al、Ti、Ta的重量百分含量之和为9
‑
12％。所述W+Mo的重量百分含量之和为4.5
‑
8％。3.根据权利要求1或2所述的钴基变形高温合金，其特征在于，在所述钴基变形高温合金中，γ
′‑
(Co,Ni)3(Ti,Al,Ta)相的体积分数为50
‑
60％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的钴基变形高温合金，其特征在于，所述钴基变形高温合金在750℃的温度下：屈服强度≥1000MPa、抗拉强度≥1050MPa；优选的，所述钴基变形高温合金在850℃的温度下：屈服强度≥850MPa、抗拉强度≥950MPa；和/或所述钴基变形高温合金在750℃、630MPa环境下的持久寿命≥100h，且所述钴基变形高温合金在该环境下在100h时的蠕变残余应变量≤0.2％；优选的，所述钴基变形高温合金在850℃、400MPa环境下的持久寿命≥20h；和/或所述钴基变形高温合金经过750℃、2000h的长期时效处理后无TCP相析出；所述钴基变形高温合金经过850℃、1000h的长期时效处理后无TCP相析出。5.根据权利要求4所述的钴基变形高温合金，其特征在于，所述钴基变形高温合金的室温密度≤8.55g/cm3。6.权利要求1
‑
5任一项所述的钴基变形高温合金的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：熔炼步骤：对合金原料依次进行第一步真空感应熔炼、第二步电渣重熔、第三步真空自耗熔炼后，得到合金铸锭；变形步骤：对所述合金铸锭进行开坯锻造，得到合金棒材；对所述合金棒材进行塑性成形处理，成形出设定形状的合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞，崔传勇，周子荐，周亦胄，孙晓峰，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：