【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于粉末高温合金，涉及一种提高粉末镍基高温合金及其制件保载裂纹扩展抗性的制备方法，特别适用于航空发动机或燃气轮机中的高温转动件的制备。
技术介绍
1、高温转动件特别是高压压气机盘及高压涡轮盘是航空发动机中的关键零部件，其服役性能极大程度上决定了发动机的性能、效率和安全性，因此要求所使用的高温结构材料拥有更高的工作温度以及优异的综合服役性能，包括高温强度、抗氧化性能、蠕变性能及保载裂纹扩展抗性等。
2、镍基高温合金是用于制造航空发动机中高压压气机及高压涡轮转动件的关键材料，主要通过“铸-锻”变形工艺或者粉末冶金工艺制备成毛坯件，然后通过机加工制备成最终的零部件。由于粉末冶金工艺制备出的材料和零件具有均匀、细小的组织，因此比“铸-锻”变形工艺制备的材料和零件具有更好服役性能。此外，由于粉末冶金工艺能够克服宏观元素偏析，更加适合高合金化的高承温能力高温合金材料及零件的制备。
3、目前现有粉末高温合金制备的转动件通过将单一成分的合金锭通过氩气雾化或者旋转电极方法制备的合金粉末通过热等静压、挤压、锻造等热机械处理和热处理制备而成，具有很好的成分和组织均匀性。如图1所示，对于这种现有路线制备的粉末高温合金及其制件，在对最终零件毛坯进行热处理时，可以选择在γ’强化相固溶温度之上或者之下进行固溶热处理，以获得组织均匀的过固溶粗晶组织或者亚固溶细晶组织。对于现有工艺路线制备的均匀组织材料，合金及制件的性能调控主要通过合金设计、制备过程中的挤压、锻造以及热处理工艺来调整最终产品中的微观组织(包括晶粒、γ’强化相等)
4、为了提高粉末镍基高温合金的承温能力，提升材料和零件的高温强度、蠕变抗性、疲劳抗性等，材料中会加入更多的合金元素并提高材料中γ’强化相的体积分数。目前大多数具有较高承温能力的粉末镍基高温合金中室温下γ’强化相的体积分数≥45％，这种方法会使得材料对高温下氧化导致的脆性沿晶断裂的抗性下降，表现为不佳的保载裂纹扩展抗性，极大地影响盘件的损伤容限性能。为了提升具有较高γ’强化相含量的粉末镍基高温合金的保载裂纹扩展抗性，一种思路为降低材料、零件毛坯在固溶热处理后的冷却速率，然而该方法会牺牲材料的拉伸强度和蠕变抗性，且对保载裂纹扩展抗性提升的效果有限。另外一种方法为通过热机械变形，在材料中形成项链状的组织，然而这种方法在实际工程中控制难度较大，很难获得可控的、均匀分布的有益组织。
5、总之，目前高承温能力粉末镍基高温合金难以协调提升材料的保载裂纹扩展抗性、高温强度、蠕变抗性等服役所需的关键性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是：针对航空发动机或燃气轮机中的高温转动件，如航空发动机中的高压压气机盘及高压涡轮盘，特别是室温下γ’强化相体积分数≥45％的粉末镍基高温合金材料及其制件，设计一种能够协调提升保载裂纹扩展抗性、高温强度、蠕变抗性等服役所需关键性能的制备方法。
2、为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：
3、一种提高粉末镍基高温合金及其制件保载裂纹扩展抗性的制备方法，所述制备方法根据目标合金的化学成分，设计两种成分有差异的合金为组分合金，两种组分合金按质量比例混合后的成分与目标合金的成分相同；所述两种组分合金的γ’相固溶温度差需要≥25℃；
4、将两种组分合金根据质量比均匀混合后，通过热机械加工方式制备零件毛坯；对零件毛坯进行热处理对其微观组织进行调控；
5、所述热处理过程中的固溶热处理温度根据两种组分合金中γ’相固溶温度进行如下选择：
6、所述固溶热处理温度介于两种组分的合金中γ’相固溶温度之间，得到亚固溶+过固溶的双分布晶粒组织；
7、所述固溶热处理温度同时高于两种组分的合金中γ’相固溶温度，得到过固溶+过固溶的双分布晶粒组织，所述固溶热处理温度比两种组分的合金中较高的γ’相固溶温度高0～30℃。
8、所述制备方法步骤如下：
9、步骤1、根据目标合金的化学成分，设计两种成分有差异的组分合金a和b；
10、步骤2、为镍基高温合金a和b分别配料，分别采用真空感应熔炼制备母合金；
11、步骤3、将两种成分的母合金分别制备成合金粉末，并分别筛分至选定的粒度；
12、步骤4、将筛分后两种成分的合金粉末按一定的比例均匀混合；
13、步骤5、将混合后的合金粉末装入热等静压包套，并进行脱气和封焊；
14、步骤6、将热等静压包套置于热等静压设备内进行致密化处理，得到热等静压锭坯或零件毛坯；若获得的为热等静压锭坯，则对其进行挤压、锻造等成形热机械处理获得零件毛坯；
15、步骤7、对步骤6获得的零件毛坯进行热处理；其中热处理过程中固溶热处理温度根据两种组分合金a和b中γ’相固溶温度进行选择；
16、步骤8、将零件毛坯机加工成零件。
17、所述热机械加工过程可以为热等静压、热烧结、挤压、锻造以及增材制造等方法之一或几种方式的组合。
18、所述镍基粉末高温合金目标成分的空间为：cr 5.0％～20.0％，co5.0％～25.0％，w 0.0％～15.0％，mo 0.0％～5.0％，al 0.0％～6.0％，ti 0.0％～6.0％，nb0.0％～8.0％，ta 0.0％～6.0％，hf 0.0％～1.0％，zr 0.0％～0.2％，c 0.01％～0.3％，b 0.01％～0.3％，余量为ni、其他对高温合金有益的微量元素和不可避免的痕量或杂质元素。
19、优选地，所述镍基粉末高温合金目标成分的空间为：cr 7.0％～18.0％，co7.0％～23.0％，w 1.0％～12.0％，mo 1.0％～3.5％，al 2.0％～5.0％，ti 0.5％～5.0％，nb0.5％～8.0％，ta 0.0％～6.0％，hf 0.0％～0.5％，zr 0.0％～0.2％，c 0.01％～0.2％，b 0.01％～0.2％，余量为ni、其他对高温合金有益的微量元素和不可避免的痕量或杂质元素。
20、进一步地，cr 8.0％～16.0％，co 8.0％～19.0％，w 2.0％～11.0％，mo 1.4％～3.2％，al 2.1％～5.0％，ti 0.5％～4.3％，nb 0.5％～7.9％，ta 0.0％～5.0％，hf0.0％～0.4％，zr 0.0％～0.1％，c 0.02％～0.15％，b 0.015％～0.025％。
21、本专利技术制备方法用于航空发动机或燃气轮机中的高温转动件的制备，适用于镍基粉末高温合金的制备，特别适用于最终合金材料中在室温下γ’强化相的体积分数≥45％。
22、本专利技术的有益效果是：
23、本专利技术的制备方法通过设计或选择，制备两种γ’相固溶温度有差异的材料，可以在后续的固溶热处理中，使得两种组分材料发生不同的晶粒尺寸变化。如果固溶热处理温度介于两种组分合金γ’相固溶温度之间，则可以获得小尺寸亚固溶晶本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高粉末镍基高温合金及其制件保载裂纹扩展抗性的制备方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法步骤如下：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述热机械加工过程可以为热等静压、热烧结、挤压、锻造以及增材制造等方法之一或几种方式的组合。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述镍基粉末高温合金目标成分的空间为：Cr 5.0％～20.0％，Co 5.0％～25.0％，W 0.0％～15.0％，Mo0.0％～5.0％，Al0.0％～6.0％，Ti 0.0％～6.0％，Nb 0.0％～8.0％，Ta 0.0％～6.0％，Hf 0.0％～1.0％，Zr 0.0％～0.2％，C 0.01％～0.3％，B 0.01％～0.3％，余量为Ni、其他对高温合金有益的微量元素和不可避免的痕量或杂质元素。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述镍基粉末高温合金目标成分的空间为：Cr 7.0％～18.0％，Co 7.0％～23.0％，W 1.0％～12.0％，Mo1.0％～3.5％，A
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：Cr 8.0％～16.0％，Co8.0％～19.0％，W 2.0％～11.0％，Mo 1.4％～3.2％，Al 2.1％～5.0％，Ti 0.5％～4.3％，Nb0.5％～7.9％，Ta 0.0％～5.0％，Hf 0.0％～0.4％，Zr 0.0％～0.1％，C 0.02％～0.15％，B 0.015％～0.025％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法适用于镍基粉末高温合金的制备，特别是最终合金材料中在室温下γ’强化相的体积分数≥45％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法用于航空发动机或燃气轮机中的高温转动件的制备。
...【技术特征摘要】
1.一种提高粉末镍基高温合金及其制件保载裂纹扩展抗性的制备方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法步骤如下：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述热机械加工过程可以为热等静压、热烧结、挤压、锻造以及增材制造等方法之一或几种方式的组合。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述镍基粉末高温合金目标成分的空间为：cr 5.0％～20.0％，co 5.0％～25.0％，w 0.0％～15.0％，mo0.0％～5.0％，al0.0％～6.0％，ti 0.0％～6.0％，nb 0.0％～8.0％，ta 0.0％～6.0％，hf 0.0％～1.0％，zr 0.0％～0.2％，c 0.01％～0.3％，b 0.01％～0.3％，余量为ni、其他对高温合金有益的微量元素和不可避免的痕量或杂质元素。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述镍基粉末高温合金目标成分的空间为：cr 7.0％～18.0％，co 7.0％～23.0％，w 1.0％～12....
【专利技术属性】
技术研发人员：于苏洋，王晓峰，王旭青，刘光旭，杨杰，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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