一种镍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镍基变形高温合金及其制备方法，涉及高温合金设计与制备技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种镍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
，特别是涉及一种镍基变形高温合金及其制备方法
。

技术介绍

[0002]随着航空工业的发展，航空发动机的性能不断提升
。
作为发动机的核心热端部件，高温合金涡轮盘必须具有优异的承温承载能力，涡轮盘用变形高温合金的承温能力以平均
2℃/
年的水平往上提升，合金种类已经从耐
650℃
的
GH4169
合金发展至耐
725℃
的
GH4720Li
合金，
GH4720Li
是目前商用承温能力最高的变形高温合金
。
[0003]变形高温合金通常是通过固溶强化
、
沉淀强化和细晶强化的方式，使合金获得更高的承温能力
。
其中，沉淀强化是最显著的强化方法，例如，
GH4720Li
合金中含有
45wt
％左右的
γ
′
有序相
。
高质量分数的
γ
′
相虽然能使合金在服役温度区间获得优异的强度，但是也使合金的高温热加工性能显著恶化
。
这是由于
γ
′
相位于基体晶粒内部，粗大的晶粒晶界结合强度低于晶粒内部强度，使合金在热加工过程中容易产生沿晶开裂，无法进行工程制备
。
因此，在
GH4720Li
合金基础上，如果通过提高沉淀相含量，很难设计和制备出耐
750℃
的涡轮盘合金
。
[0004]目前，
Ce、Y
和
La
等稀土元素在高温合金中的添加和应用得到广泛研究，但是这些报道侧重于单晶或者铸造高温合金，通过添加稀土元素，与合金熔体中的
O、N、S
等杂质元素反应，起到净化合金的目的；稀土元素还能向晶界处偏聚，起到强化晶界作用；并且稀土元素还可以增强氧化膜与合金基体之间的粘附性，改善了合金的抗氧化性能
。
尽管稀土单晶和铸造高温合金服役性能具有明显的提升，但稀土改善高承温能力难变形高温合金锻造性能的专利技术仍然罕见
。
[0005]由于稀土元素活性大，冶炼时收得率少，所以现有技术解决了稀土高温合金铸锭冶炼问题
。
现有技术还专利技术了含氧量高的高温合金，具有优异的服役性能，该高温合金最后虽然进行热变形，但是稀土主要通过机械合金化粉末添加，导致制备效率低，成本高
。
现有技术还提出了稀土镍钴基高温合金，但是，该技术仍然只是利用稀土提升合金的在服役及服役温度以下的拉伸性能
。
[0006]综上，本专利技术的专利技术人认为：目前针对稀土改性的镍基变形高温合金，如何协调合金的晶界和晶内强度，以使镍基变形高温合金的承温能力不仅能够达到
750℃
，而且具备优异的热加工性，提高合金的成材率，促进合金一材多用的目的，对于镍基变形高温合金具有重要意义
。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供一种镍基变形高温合金及其制备方法，主要目的在于使镍基变形高温合金具有优异的承温能力和热加工性
。
[0008]为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：
[0009]一方面，本专利技术的实施例提供一种镍基变形高温合金，其中，按重量百分比计，所述镍基变形高温合金的化学成分如下：
[0010]Co
：
15.6
～
23.4wt
％；
[0011]Cr
：
11
～
15wt
％；
[0012]Ti
：
4.75
～
6.25wt
％；
[0013]Al
：
2.25
～
3.00wt
％；
[0014]W
：
0.0
～
1.2wt
％；
[0015]Mo
：
2.0
～
3.0wt
％；
[0016]C
：
0.01
～
0.02wt
％；
[0017]Zr
：
0.025
～
0.05wt
％；
[0018]B
：
0.01
～
0.05wt
％；
[0019]稀土元素
RE
：
0.2
‑
0.5wt
％；
[0020]Nb
：大于
0、
小于等于
0.2wt
％；
[0021]Mg
大于
0、
小于等于
0.02wt
％；
[0022]余量为
Ni。
[0023]优选的，在所述镍基变形高温合金中：
Ti
元素和
Al
元素的百分含量比值为
1.5
‑
2.5
；和
/
或
W
元素和
Mo
元素的百分含量之和
≤3.25
％
。
[0024]优选的，所述镍基变形高温合金的晶粒尺寸在8级以上，优选的，所述镍基变形高温合金的最大晶粒度和最小晶粒度的级差在3级以内
。
[0025]优选的，所述镍基变形高温合金的微观组织中，晶粒内部弥散分布着
100
‑
400nm
的细小稳定的
γ
′
相；晶界处分布有微米级
γ
′
相，晶界处析出非连续状的颗粒碳化物和颗粒硼化物
(
其中，颗粒碳化物包括稀土碳化物
)。
优选的，所述镍基变形高温合金的微观组织中的微米级
γ
′
相的质量分数为
20
‑
30wt
％
。
优选的，颗粒碳化物的尺寸为1‑
15
μ
m
；优选的，所述颗粒硼化物的尺寸
≤5
μ
m
；进一步优选的，非连续状的颗粒碳化物和颗粒硼化物的面积百分数含量之和为3‑
10
％
。
[0026]优选的，所述镍基变形高温合金在
730℃
温度下的屈服强度
≥1050MPa、
抗拉强度
≥1200MPa
；和
/
或所述镍基变形高温合金在
750℃
屈服强度
≥1000MPa、
抗拉强度
≥1150MPa
；和
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种镍基变形高温合金，其特征在于，按重量百分比计，所述镍基变形高温合金的化学成分如下：
Co
：
15.6
～
23.4wt
％；
Cr
：
11
～
15wt
％；
Ti
：
4.75
～
6.25wt
％；
Al
：
2.25
～
3.00wt
％；
W
：
0.0
～
1.2wt
％；
Mo
：
2.0
～
3.0wt
％；
C
：
0.01
～
0.02wt
％；
Zr
：
0.025
～
0.05wt
％；
B
：
0.01
～
0.05wt
％；稀土元素
RE
：
0.2
‑
0.5wt
％；
Nb
：大于
0、
小于等于
0.2wt
％；
Mg
大于
0、
小于等于
0.02wt
％；余量为
Ni。2.
根据权利要求1所述的镍基变形高温合金，其特征在于，在所述镍基变形高温合金中：
Ti
元素和
Al
元素的百分含量比值为
1.5
～
2.5
；和
/
或
W
元素和
Mo
元素的百分含量之和
≤3.25
％
。3.
根据权利要求1或2所述的镍基变形高温合金，其特征在于，所述镍基变形高温合金的晶粒尺寸在8级以上；优选的，所述镍基变形高温合金的最大晶粒度和最小晶粒度的级差在3级以内
。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的镍基变形高温合金，其特征在于，在所述镍基变形高温合金的微观组织中，晶粒内部弥散分布着
100
‑
400nm
的细小稳定的
γ
′
相；晶界处分布有微米级
γ
′
相，晶界处析出非连续状的颗粒碳化物和颗粒硼化物；优选的，所述镍基变形高温合金的微观组织中的微米级
γ
′
相的质量分数为
20
‑
30wt
％；优选的，颗粒碳化物的尺寸为1‑
15
μ
m
；优选的，所述颗粒硼化物的尺寸
≤5
μ
m
；进一步优选的，非连续状的颗粒碳化物和颗粒硼化物的面积百分数含量之和为3‑
10
％
。5.
根据权利要求1‑4任一项所述的镍基变形高温合金，其特征在于，所述镍基变形高温合金在
730℃
温度下的屈服强度
≥1050MPa、
抗拉强度
≥1200MPa
；和
/
或所述镍基变形高温合金在
750℃
屈服强度
≥1000MPa、
抗拉强度
≥1150MPa
；和
/
或所述镍基变形高温合金在
730℃/530MPa
条件下的持久寿命
≥200h
；和
/
或；所述镍基变形高温合金在
750℃/430MPa
持久寿命
≥150h
；和
/
或所述镍基变形高温合金在
750℃/1000h
的条件下无
TCP
相析出，在
750℃
的温度下达到完全抗氧化级
。6.
根据权利要求1‑5任一项所述的镍基变形高温合金，其特征在于，所述镍基变形高温合金为航空发动机的涡轮盘或叶片
。7.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞，崔传勇，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：