一种提高高温合金的高温强度的方法技术

本发明专利技术是关于一种提高高温合金的高温强度的方法，包括如下步骤：步骤

【技术实现步骤摘要】
一种提高高温合金的高温强度的方法


[0001]本专利技术涉及一种高温合金强化
，特别是涉及一种提高高温合金的高温强度的方法
。

技术介绍

[0002]世界各国航空工业发展极其依赖可在较高温度下使用的结构材料
。
高温合金以其优异的高温力学性能
、
组织稳定性和抗氧化
/
耐腐蚀性能，已成为航空领域一种重要金属结构材料
。
这类材料可在高温条件下长期稳定服役，可靠承受复杂应力
、
氧化
、
腐蚀等多种恶劣条件的耦合作用，被广泛应用在航空发动机燃烧室
、
涡轮盘
、
叶片
、
机匣等关键热端部位
。
随着航空技术的发展，发动机对高温合金的承温能力和高温力学性能需求越来越高，高温合金中的合金元素种类和含量也逐渐增多
。
高温合金向着高沉淀强化相数量
、
由
γ
″
相强化转变为
γ
′
相强化的方向发展
。
γ
′
相是高温合金的主要强化相，合金强度的主要来源是
γ
′
相与位错的交互作用
。
室温下，位错主要以“切过”的形式通过
γ
′
相，随温度升高位错则逐步转变为以“绕过”的形式通过
γ
′
相
。
[0003]但当温度提升至
>750
～
850℃
及以上，合金中的位错活动能力增强，当位错运动受到
γ
′
相阻碍时，位错能够通过交滑移或攀移的形式通过，不再与
γ
′
相发生交互作用
。
此时
γ
′
相对位错的阻碍作用降低，
γ
′
相的沉淀强化效果减弱，合金强度随温度升高逐渐降低
。
此时继续提高合金
γ
′
相的作用有限，且会导致合金焊接性能
、
铸造性能等工艺性能恶化
。
[0004]因此，亟需从其他角度提出一种能够有效提高高温合金高温强度的方法
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种提高高温合金的高温强度的方法，主要目的在于能有效提高高温合金的高温强度
。
[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提高高温合金的高温强度的方法，其包括如下步骤：
[0008]步骤
1)
：分析高温合金的合金元素对层错能的影响规律，确定出关键影响元素；
[0009]步骤
2)
：分析所述关键影响元素对第二相析出的影响，协同调整多种关键影响元素的含量，确定出优化的合金化学成分；
[0010]步骤
3)
：根据所述优化的合金化学成分，冶炼出合金，确认合金的显微组织构成与高温强度提高效果
。
[0011]优选的，在所述步骤
1)
中：采用第一性原理计算分析高温合金的合金元素对层错能的影响规律
。
[0012]优选的，所述步骤
1)
，包括：
[0013]步骤
11)
：采用第一性原理计算软件，选取1～3种第一化学元素建立合金基体的晶胞模型和沉淀强化相
γ
′
相的晶胞模型，计算基体中的堆垛层错能
δ
和
γ
′
相中的堆垛层错
能
δ
；优选的，建立合金基体的晶胞模型的第一化学元素包括
Ni、Cr、Fe
中的一种或几种；优选的，建立
γ
′
相的晶胞模型的第一化学元素包括
Ni、Al、Ti、Nb
中的一种或几种；
[0014]步骤
12)
：分别向合金基体的晶胞模型和
γ
′
相的晶胞模型中加入第二化学元素，分析第二化学元素的加入对基体和
γ
′
相晶胞中非稳定堆垛层错能
δ
usf
和稳定堆垛层错能
δ
sf
数值大小的影响；其中，所述第二化学元素包括合金的化学元素中除了第一化学元素之外的化学元素；
[0015]步骤
13)
：根据第二化学元素对基体和
γ
′
相中
δ
usf
和
δ
sf
的影响，选取1～2种能够降低
δ
sf
的元素
、1
～2种能够增大
δ
usf
‑
δ
sf
的元素共同作为关键影响元素
。
[0016]优选的，所述第一性原理计算软件选用
VASP
软件
、WIEN2K
软件
CASTEP
软件等，但不限于此
。
[0017]优选的，在所述步骤
2)
中：采用热力学软件，在高温合金的原始化学成分的基础上，利用平衡相图或伪二元相图，协同调整多种关键影响元素的含量，分析：在高温合金的服役温度
±
50℃
的范围内，强化相的析出行为与有害相的析出倾向；根据分析确定出优化的合金化学成分
。
优选的，所述热力学软件选用
Thermo
‑
calc
或
JMatPro。
[0018]优选的，在所述步骤
2)
中：需协同调整
γ
′
相形成元素的含量，确保在添加关键影响元素后，合金的
γ
′
相含量不发生显著变化
。
[0019]优选的，在所述步骤
2)
中：在高温合金的服役温度
±
50℃
的范围内，不允许存在有害相析出
。
[0020]优选的，在所述步骤
3)
中：根据所述优化的合金化学成分，采用真空感应熔炼制备出合金，确认合金显微组织构成与高温强度的提高效果；优选的，对热处理制度进行修正，确保优化后的高温合金与原始高温合金具有大致相同的显微组织构成，具有大致相同的
γ
′
相析出尺寸
、
形貌与数量；优选的，对优化后的高温合金在服役温度
±
50℃
的范围内，开展长期时效试验，确认不存在原始高温合金中不含有有害相析出；优选的，对优化后的高温合金在服役温度
±
50℃
的范围内，进行瞬时力学性能试验或长时力学性能试验
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种提高高温合金的高温强度的方法，其特征在于，其包括如下步骤：步骤
1)
：分析高温合金的化学元素对层错能的影响规律，确定出关键影响元素；步骤
2)
：分析所述关键影响元素对第二相析出的影响，协同调整多种关键影响元素的含量，确定出优化的合金化学成分；步骤
3)
：根据所述优化的合金化学成分，冶炼出合金，确认合金的显微组织构成与高温强度提高效果
。2.
根据权利要求1所述的提高高温合金的高温强度的方法，其特征在于，在所述步骤
1)
中：采用第一性原理计算分析高温合金的合金元素对层错能的影响规律
。3.
根据权利要求2所述的提高高温合金的高温强度的方法，其特征在于，所述步骤
1)
，包括：步骤
11)
：采用第一性原理计算软件，选取1～3种第一化学元素建立合金基体的晶胞模型和沉淀强化相
γ
′
相的晶胞模型，计算基体中的堆垛层错能
δ
和
γ
′
相中的堆垛层错能
δ
；优选的，建立合金基体的晶胞模型的第一化学元素包括
Ni、Cr、Fe
中的一种或几种；优选的，建立
γ
′
相的晶胞模型的第一化学元素包括
Ni、Al、Ti、Nb
中的一种或几种；步骤
12)
：分别向合金基体的晶胞模型和
γ
′
相的晶胞模型中加入第二化学元素，分析第二化学元素的加入对基体和
γ
′
相晶胞中非稳定堆垛层错能
δ
usf
和稳定堆垛层错能
δ
sf
数值大小的影响；其中，所述第二化学元素包括合金的化学元素中除了第一化学元素之外的化学元素；步骤
13)
：根据第二化学元素对基体和
γ
′
相中
δ
usf
和
δ
sf
的影响，选取1～2种能够降低
δ
sf
的元素
、1
～2种能够增大
δ
usf
‑
δ
sf
的元素共同作为关键影响元素
。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的提高高温合金的高温强度的方法，其特征在于，在所述步骤
2)
中：采用热力学软件，在高温合金的原始化学成分的基础上，利用平衡相图或伪二元相图，协同调整多种所述关键影响元素的含量，分析：在高温合金的服役温度
±
50℃
的范围内，强化相的析出行为与有害相的析出倾向；根据分析确定出优化的合金化学成分；优选的，所述热力学软件选用
Thermo
‑
calc
或
JMatPro。5.
根据权利要求4所述的提高高温合金的高温强度的方法，其特征在于，在所述步骤
2)
中：需协同调整
γ
′
相形成元素的含量，确保在添加关键影响元素后合金的
γ
′
相含量不发生显著变化
。6.
根据权利要求4或5所述的提高高温合金的高温强度的方法，其特征在于，在所述步骤
2)
中：在高温合金的服役温度
±
50℃
的范围内，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旻，马颖澈，陈星秋，郝宪朝，侯坤磊，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：