高强高韧制造技术

本发明专利技术实施例公开的一种高强高韧

【技术实现步骤摘要】
高强高韧、抗疲劳的镍基高温合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于镍基高温合金
，具体涉及一种高强高韧
、
抗疲劳的镍基高温合金及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]随着航空发动机和燃气轮机的发展对镍基高温合金的疲劳性能提出了更高的要求
。
影响镍基高温合金疲劳性能的因素有很多，例如显微孔洞
、
碳化物
、
残余共晶
、
晶界等内部缺陷，由热腐蚀
、
涂层等造成的表面缺陷，晶体取向以及外界条件等，这些因素会影响镍基高温合金的应力分布
、
位错运动
、
裂纹萌生及扩展行为等，从而对合金的低周疲劳寿命均会产生影响
。
[0003]目前先进的航空发动机及燃气轮机的热端部件，工作条件最高可达
1300℃
，应力作用复杂，对合金材料的要求苛刻，能够满足抗疲劳性能的合金又会存在强韧性匹配不佳的问题，国内外现有的高温合金中几乎没有能够完全满足抗疲劳性能和强韧性匹配的合金
。
[0004]因此，如何能够制得满足航空发动机及燃气轮机使用需求的高温合金得到了越来越广泛的关注
。

技术实现思路

[0005]本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
[0006]先进航空发动机
、
燃气轮机等领域使用的高温合金期望在性能指标上能够达到：室温下拉伸性能
Rm≥1150MPa
，
Rp0.2≥925MPa
，
A≥10.0
％；高温拉伸
900℃Rm≥900MPa
，
Rp0.2≥750MPa
，
A≥10.0
％，
950℃
低周疲劳循环大于
4000
次，但是目前的高温合金还无法实现低周疲劳和强韧性的匹配，至今还没有高温合金可以满足上述需求
。
[0007]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一
。
为此，本专利技术的实施例提出一种高强高韧
、
抗疲劳的镍基高温合金，该合金具有优良的力学性能，能够满足航空发动机和燃气轮机设计和使用的要求，适用于航空发动机和燃气轮机热端部件透平叶片等中长期服役的零部件
。
[0008]本专利技术实施例的高强高韧
、
抗疲劳的镍基高温合金，包括：
C
：
0.02
～
0.12
％；
Cr
：
9.5
～
11.5
％；
Co
：
8.5
～
10.5
％；
W
：
8.0
～
9.5
％；
Mo
：
0.1
～
0.8
％；
Ta
：
1.5
～
2.5
％；
Al
：
3.5
～
5.5
％；
Ti
：
0.3
～
1.8
％；
B
：
0.008
～
0.02
％；
Hf
：
1.5
～
2.5
％；
Zr
：
0.002
～
0.007
％；
Mg
：
0.001
～
0.008
％；
Si≤0.15
％；
Mn≤0.05
％；
Sr
：
0.02
～
0.1
％；
Ba
：
0.01
～
0.05
％；
Nd
：
0.02
～
0.1
％，余量为
Ni
和不可避免的杂质，以质量百分含量计
。
[0009]本专利技术实施例的高强高韧
、
抗疲劳的镍基高温合金带来的优点和技术效果，
1、
本专利技术实施例中，在含有
Mg
元素的同时，引入了
Ba
元素，有效提高了合金的室温拉伸强度和伸长率，实现了良好的强度和韧性的匹配，同时
Ba
在合金中可以促使合金进一步脱氧脱硫，有利于合金的净化；
2、
本专利技术实施例中，引入了
Sr
元素，
Sr
元素能够明显细化晶粒，同时
Sr
能
够提高镍基高温合金的抗氧化性能；
3、
本专利技术实施例中，引入了
0.02
～
0.1
％的
Nd
元素，
Nd
可与
Al
元素结合形成
Al
11
Nd3高温稳定相，能够提升合金的蠕变率和力学性能，在含有
Mg
元素的镍基合金体系中加入
Nd
可以在合金中形成弥散分布
、
高熔点
、
热稳定的颗粒相
Mg
12
Nd
相，对晶粒起到钉扎作用，提高合金的拉伸强度和延伸率；
4、
本专利技术实施例中，采用设计配比的各元素组成，在赋予镍基高温合金优异的拉伸性能和持久寿命的同时，密度不超过
8.25g/cm3，所以合金自重轻，有利于降低航空发动机燃料消耗和提高机动性能，同时能够满足燃气轮机在工作过程中振动尽可能小的要求，防止形成振动破坏；
5、
本专利技术实施例中，通过将各金属元素的用量控制在合理的范围内，不仅能够使镍基高温合金具有优异的高强高韧性能和高温性能，而且具有优良的抗低周疲劳性能，综合性能优异，能够应用于先进航空发动机和燃气轮机
。
[0010]在一些实施例中，所述
Al、Nd
和
Mg
满足关系式
2.25<Al
‑
Nd/12.7Mg<4.25
，其中，
Al、Nd、Mg
为镍基高温合金中元素
Al、Nd、Mg
的质量百分含量去除百分号后的数值
。
[0011]在一些实施例中，所述
Al、Nd
和
Mg
满足关系式
3.10≤Al
‑
Nd/12.7Mg≤4.15。
[0012]在一些实施例中，所述
Cr、Ba
和
Sr
满足关系式
3.85<Cr
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高强高韧
、
抗疲劳的镍基高温合金，其特征在于，包括：
C
：
0.02
～
0.12
％；
Cr
：
9.5
～
11.5
％；
Co
：
8.5
～
10.5
％；
W
：
8.0
～
9.5
％；
Mo
：
0.1
～
0.8
％；
Ta
：
1.5
～
2.5
％；
Al
：
3.5
～
5.5
％；
Ti
：
0.3
～
1.8
％；
B
：
0.008
～
0.02
％；
Hf
：
1.5
～
2.5
％；
Zr
：
0.002
～
0.007
％；
Mg
：
0.001
～
0.008
％；
Si≤0.15
％；
Mn≤0.05
％；
Sr
：
0.02
～
0.1
％；
Ba
：
0.01
～
0.05
％；
Nd
：
0.02
～
0.1
％，余量为
Ni
和不可避免的杂质，以质量百分含量计
。2.
根据权利要求1所述的高强高韧
、
抗疲劳的镍基高温合金，其特征在于，所述
Al、Nd
和
Mg
满足关系式
2.25<Al
‑
Nd/12.7Mg<4.25
，其中，
Al、Nd、Mg
为镍基高温合金中元素
Al、Nd、Mg
的质量百分含量去除百分号后的数值
。3.
根据权利要求2所述的高强高韧
、
抗疲劳的镍基高温合金，其特征在于，所述
Al、Nd
和
Mg
满足关系式
3.10≤Al
‑
Nd/12.7Mg≤4.15。4.
根据权利要求1所述的高强高韧
、
抗疲劳的镍基高温合金，其特征在于，所述
Cr、Ba
和
Sr
满足关系式
3.85<Cr
‑
16.2Ba/Sr<5.12
，其中，
Cr、Ba
和
Sr
为镍基高温合金中元素
Cr、Ba
和
Sr
的质量百分含量去除百分号后的数值
。5.
根据权利要求4所述的高强高韧
、
抗疲劳的镍基高温合金，其特征在于，所述
Cr、Ba
和
Sr
满足关系式
3.90≤Cr
‑
16.2Ba/Sr≤4.9。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：安杨，刘伟，高杨，马耀飞，降向冬，孙健，李占青，商晓莉，李振瑞，朱金伟，安宁，赵宇辰，田建军，李维明，
申请(专利权)人：中国联合重型燃气轮机技术有限公司，
类型：发明
国别省市：