【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料高温合金领域，更具体地，涉及一种高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金及制备方法。
技术介绍
1、钴基高温合金相比与镍基高温合金具有更为优异的抗热腐蚀、抗热疲劳和焊接等性能，是航空航天、能源动力、核工业等先进推进系统热端部件的关键材料之一。传统钴基高温合金的强化方式主要为固溶强化和碳化物强化，其高温强度和承温能力显著低于依靠γ'相(ni3al)强化的镍基高温合金，从而限制了钴基高温合金在高温和高承载条件下的广泛应用。
2、2006年，j.sato等人在co-al-w系合金中发现了与基体共格的γ′-co3(al,w)相，且后续研究通过合金化的方法将γ'相溶解温度提高到1100℃以上，在高温下获得了长时稳定的γ/γ'两相组织，并可通过共格强化和沉淀强化来提高合金的高温力学性能(获得了类似镍基高温合金的优异高温性能)。该类γ'相强化钴基高温合金的高温强度相对于传统钴基高温合金显著提高，甚至在某些温度(≥1000℃)优于镍基高温合金。该类γ'相强化钴基高温合金还继承了传统钴基高温合金优良的环境抗性和耐磨损性能等优点。此外，最新研究报道，co-al-w-ta-ti五元单晶合金的蠕变性能已接近第二代镍基单晶高温合金，表明该类合金具有广阔的应用前景。
3、虽然现有的大量研究已经取得了一系列重要进展，然而这类γ'相强化钴基高温合金的不足之处依然十分明显，主要表现在三个方面。第一，与镍基高温合金相比，其塑性差，延伸率低；第二，合金抗高温氧化能力弱，限制合金使用温度；第三，合金密度高，会限制合金的应用范围
4、因此，发展高伸长率高抗氧化的新型低密度钴基高温合金及其制备方法对于促进钴基高温合金的工程应用具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出一种高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金及制备方法。本专利技术采用添加微合金化元素和耐蚀cr元素方法，显著提高合金的塑性和抗氧化性，并通过去除γ′-co3(al,w)相中的w元素，降低合金的密度。
2、为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金(具有高温稳定的γ/γ′双相组织)，该钴基高温合金包括co、ni、al、ti、ta、cr、b、zr和不可避免的杂质元素；
3、各个元素的原子百分含量为：20-40％ni、5-15％al、1-15％ta、0-2％ti、5-12％cr、0-1％b、0-1％zr，其余为co和不可避免的杂质元素。
4、根据本专利技术，优选地，各个元素的原子百分含量为：25-35％ni、8-12％al、1-10％ta、0.05-1.5％ti、8-12％cr、0.01-0.3％b、0.01-0.5％zr，其余为co和不可避免的杂质元素。
5、本专利技术确定合金成分的设计思想是：
6、(1)ni：通过添加ni元素促进γ/γ′相的稳定性，提高γ′相的溶解温度，降低γ/γ′两相的晶格错配度。
7、(2)al：通过添加al元素作为γ′相的组成元素，提高合金的抗氧化能力，阻碍o元素继续向合金内部扩散。
8、(3)ti：通过添加ti元素提高γ′相的体积分数及γ′相的稳定性，促进γ′相的析出。
9、(4)ta：通过添加ta元素提高γ′相的稳定性及γ′相的体积分数，增加层错能。
10、(5)cr：通过添加cr元素提高合金的抗氧化性能，阻碍o元素继续向合金内部扩散。
11、(6)b：通过添加b元素提高单晶亚晶界的结合力，提升合金的塑性。
12、(7)zr：通过添加zr元素提高单晶亚晶界的结合力，提升合金的塑性。
13、根据本专利技术，优选地，al、ti和ta的原子百分含量总和小于16％。
14、根据本专利技术，优选地，以所述钴基高温合金的总重量计，所述不可避免的杂质元素的含量低于0.1wt％。
15、根据本专利技术，优选地，所述高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金的密度≤8.38g/cm3，在750-850℃条件下，屈服强度≥550mpa，抗拉强度≥700mpa，断后延伸率≥50％。
16、根据本专利技术，优选地，所述高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金在800℃-1000℃条件下，氧化增重小于1mg/cm2。
17、本专利技术另一方面提供了所述的高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金的制备方法，包括：将纯co、纯al、纯ni、纯ta、纯cr、纯ti、纯zr和ni-b中间合金依次进行混合真空感应熔炼、螺旋选晶和固溶时效处理，得到所述高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金(具有高温稳定的γ/γ′双相组织)。
18、根据本专利技术，优选地，所述纯co中的co含量为≥99.90wt.％；所述纯al中的al含量为≥99.90wt.％；所述纯ni中的ni含量为≥99.90wt.％；所述纯ta中的ta含量为≥99.90wt.％；所述纯cr中的cr含量为≥99.90wt.％；所述纯ti中的ti含量为≥99.90wt.％；所述纯zr中的zr含量为≥99.90wt.％；ni-b中间合金为ni-8～12wt.％b。
19、根据本专利技术，优选地，所述制备方法包括：
20、s1：利用小功率(3-8kw)预热除去所述纯co、纯al、纯ni、纯ta、纯cr、纯ti、纯zr和ni-b中间合金上的水汽和杂质；将纯ni、纯ta和纯cr混合并熔化，得到第一熔体；将所述第一熔体、纯al、纯ti和纯zr混合并熔化，得到第二熔体，浇注，得到低密度钴基高温合金母合金铸锭；
21、s2：利用线切割从所述低密度钴基高温合金母合金铸锭上切取一部分铸锭，对该部分铸锭进行打磨和喷砂，得到去氧化铸锭并送至单晶定向凝固装置；对所述单晶定向凝固装置进行抽真空处理，然后在所述单晶定向凝固装置内加热所述去氧化铸锭，得到第三熔体并降温浇注到单晶熔模中，进行单晶定向凝固，得到单晶合金试棒；
22、s3：对所述单晶合金试棒进行固溶时效处理，得到所述高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金。
23、根据本专利技术，优选地，步骤s1的设备包括真空电磁感应熔炼炉；
24、得到第一熔体的操作条件包括：真空电磁感应熔炼炉的功率为15-30kw，先升温到1500℃-1600℃，再降温至1450℃-1500℃后保温10-20min；
25、得到第二熔体的操作条件包括：真空电磁感应熔炼炉的功率为15-30kw，先升温到1500℃-1600℃后保温3-6min，再降温至1400℃-1450℃，浇注。
26、在本专利技术中，在步骤s1中，采用真空电磁感应熔炼炉熔化本专利技术的高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金的原料，而且，本专利技术的真空电磁感应熔炼炉的感应电源在感应加热钴基合金熔体的同时产生电磁搅拌作用，使得熔体中合金元素分布更加均匀，减少宏观偏析发生。
27、根据本专利技术，优选地，在步骤s2中：
28、在所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金，其特征在于，该钴基高温合金包括Co、Ni、Al、Ti、Ta、Cr、B、Zr和不可避免的杂质元素；
2.根据权利要求1所述的高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金，其中，各个元素的原子百分含量为：25-35％Ni、8-12％Al、1-10％Ta、0.05-1.5％Ti、8-12％Cr、0.01-0.3％B、0.01-0.5％Zr，其余为Co和不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1所述的高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金，其中，
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金，其中，
5.权利要求1-4中任意一项所述的高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将纯Co、纯Al、纯Ni、纯Ta、纯Cr、纯Ti、纯Zr和Ni-B中间合金依次进行混合真空感应熔炼、螺旋选晶和固溶时效处理，得到所述高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金。
6.根据权利要求5所述的高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金的制备方法，其中，所述纯Co
7.根据权利要求5所述的高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金的制备方法，其中，所述制备方法包括：
8.根据权利要求7所述的高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金的制备方法，其中，步骤S1的设备包括真空电磁感应熔炼炉；
9.根据权利要求7所述的高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金的制备方法，其中，在步骤S2中：
10.根据权利要求7所述的高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金的制备方法，其中，在步骤S3中：
...【技术特征摘要】
1.一种高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金，其特征在于，该钴基高温合金包括co、ni、al、ti、ta、cr、b、zr和不可避免的杂质元素；
2.根据权利要求1所述的高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金，其中，各个元素的原子百分含量为：25-35％ni、8-12％al、1-10％ta、0.05-1.5％ti、8-12％cr、0.01-0.3％b、0.01-0.5％zr，其余为co和不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1所述的高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金，其中，
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金，其中，
5.权利要求1-4中任意一项所述的高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将纯co、纯al、纯ni、纯ta、纯cr、纯ti、纯zr和ni-b中间合金依次进行混合真空感应熔炼、螺旋选晶和固溶时效处理，得到所述高伸长率高抗氧化的低密度钴基高温合金。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：李应举，杨院生，冯小辉，卢炳聿，罗天骄，黄秋燕，郑策，朱成，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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