耐热超级合金制造技术

本发明专利技术提供一种新型耐热超级合金，其组成，以质量％计，含有１９．５－５５％的钴、２％－２５％的铬、０．２％－７％的铝、［０．１７×（钴的含有质量％－２３）＋３］质量％以上、［０．１７×（钴的含有质量％－２０）＋７］质量％以下且在３－１５质量％范围内的钛、残余的镍和不可避免的杂质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在航空发动机、发电用燃气轮机(gas turbine)等的耐热部件、特 别是涡轮圆盘(turbine disk)或涡轮叶片中使用的耐热超级合金(heat-resistant superalloy)。
技术介绍
航空发动机、发电燃气轮机等的耐热部件、例如涡轮圆盘，是保持叶片运动、高速 旋转的零件，其材料需要耐受非常大的离心应力、而且疲劳强度、蠕变强度、破坏韧性优异。 另一方面，伴随着燃料费(fuel consumption)和性能的提高，要求提高发动机气体温度和 减轻涡轮圆盘的重量，材料需要有更高的耐热性和强度。通常，涡轮圆盘使用Ni基锻造合金。例如，多使用InCOnel718或者Waspaloy，所 述 Inconel718 利用 Y〃 (gamma double prime)相作为强化相，所述 Waspaloy 使比 相还稳定的、‘(gamma prime)相析出25vol%左右、利用其作为强化相。从高温化的观点考虑，从1986年开始引入了 7 ” * ~ > >夕X开发的 Udimet720。Udimet720是使y'相析出45vol %左右、而且为了、相的固熔强化而添加 了钨的、特别是耐热特性优异的合金。但是，Udimet720的组织稳定性差，在使用中形成有 害的 TCP(Topologicallyclose packed)相，因此开发了 Udimit720Li (U720Li/U720LI)， 所述Udimit720Li实施了使铬量减少等的改进。但是，即使在Udimit720Li中，仍然产生 TCP相，长时间或者高温下的使用受到限制。另外，有人指出，Udimit720以及720Li，因为 其、‘固相线温度(solvus)和初期熔融温度的差小，因此热加工或者热处理等的工艺窗 口(process window)窄。因此，难以通过铸造锻造工艺制造均质的涡轮圆盘，成为实际应 用上的问题。要求高强度的高压涡轮圆盘，有时候也使用以AF115、N18, Rene88DT等为代表的 粉末冶金合金。粉末冶金合金，与含有大量的强化元素无关，具有可得到无偏析的均质的圆 盘的优点。另一方面，为了防止夹杂物的混入，要求纯度高的真空熔解、粉末分级时的筛目 大小的均衡化等的高度的制造工序管理，存在成本增加的问题。但是，对于以往的Ni基耐热超级合金的化学组成，提出了数量众多的改进方案， 但这些方案的任何一种都是含有钴、铬、钼或者钼和钨、铝、还有钛作为主要构成元素的同 时，其具有代表性的是以铌、钽或者铌和钽作为必须成分。在该组成构成中，铌、钽的含有， 虽然适用于上述的粉末冶金，但成为难以进行铸造锻造的主要原因。另外，钴，虽然其含有 比例比较高，例如在口一 > ^ 口 < ^公司的特开平10-46278号公报中所述，但不能带来 特别具有意义的效果。另外，通常情况下，虽然有使Y ‘固相温度下降和扩大工艺窗口正面 的效果，但在夕工才、，义 工 > 夕卜U 7夕公司的EP1195446A1中，没有发现除此以外的效3果，从和成本等的兼顾方面考虑，其含量限定在23重量％以下。另一方面，因为钛具有强化Y ‘相的作用，因此从发挥提高拉伸强度和龟裂传播 抑制的作用方面考虑，添加钛。但是，钛的过量添加，随着提高固相线的同时而生成有 害相，得不到完善的Y ‘组织，从该观点考虑，钛的添加限制至最多5重量％左右。因此，在现有技术中，难以提供可耐受长时间、高温下的使用的、而且可铸造锻造 的、制造性优异的耐热超级合金。
技术实现思路
本专利技术是鉴于以上的问题而做出的专利技术，目的是提供作为涡轮圆盘或者涡轮叶片 用等有用的，长时间、高温下的耐热耐久特性优异的，而且可铸造锻造，制造性也优异的新 型耐热超级合金。而且，本专利技术提供具有以上的稳定的组织、达到高的高温强度的耐热超级合金。S卩，本专利技术的专利技术人发现，在涡轮圆盘或涡轮叶片用的耐热超级合金中，通过在 19. 5质量％ -55质量％的范围内积极地添加钴，可抑制有害的TCP相、达到高的高温强度。另外发现，通过和钴同时以规定的比例增加钛，即使为高的合金浓度也能使、IY‘的2相组织稳定化，达到更高的高温强度。而且，专利技术人通过适当地控制钴、钛等的主 要构成元素的组成，实现制造性也优异的耐热超级合金。进而，专利技术人还发现，Co3Ti合金具有和耐热超级合金的强化相即Y ‘相同样 的结晶结构，因此，Co+Co3Ti合金具有和耐热超级合金同样的Y + 2相组织，故具有Y+ Y ‘ 2相组织的Co-Ti合金、即Co+Co3Ti合金添加到耐热超级合金中，甚至在高合金浓 度也可形成稳定的合金组织。本专利技术是根据该知识见解而完成的专利技术，特征如下1. 一种耐热超级合金，其组成为，含有2质量％-25质量％的铬、0.2质量％-7质 量％的铝、19. 5质量％ _55质量％的钴、质量％以上、 质量％以下且在3-15质量％范围内的钛，残余为镍和不 可避免的杂质。2.如上述第1所述的耐热超级合金，其特征在于，钴的含量在23. 1质量％ -55质量％。3.如上述第1或2所述的耐热超级合金，其中，钛的含量在6.1质量％以上。4.如上述第1或2所述的耐热超级合金，其中含有10质量％以下的钼以及10质 量％以下的钨的至少一种。5.如上述第4所述的耐热超级合金，其中，钼的含量低于3质量％。6.如上述第4所述的耐热超级合金，其中，钨的含量低于3质量％。7.如上述第1或2所述的耐热超级合金，其特征在于，含有5质量％以下的铌以及 10质量％以下的钽的至少一种。8.如上述第1或2所述的耐热超级合金，其特征在于，含有2质量％以下的钒、5 质量％以下的铼、2质量％以下的铪、0. 5质量％以下的锆、5质量％以下的铁、0. 1质量％以 下的镁、0.5质量％以下的碳以及0. 1质量％以下的硼中的至少一种。9.如上述第1或2所述的耐热超级合金，其中，含有0.05质量％以下的锆、0.05质量％以下的碳、0. 05质量％以下的硼。10. 一种耐热超级合金，其特征在于，含有12质量％-14.9质量％的铬、2.0质 量％ -3.0质量％的铝、20质量％ -24质量％的钴、6. 1质量％ -6. 5质量％的钛、0.8质 量％ -1.5质量％的钨、2.5质量％ -3.0质量％的钼、0.01质量％ -0. 10质量％的锆、0.01 质量％ -0. 05质量％的碳、0. 01质量％ -0. 05质量％的硼、残余的镍和不可避免的杂质。11.上述第10所述的耐热超级合金，其是添加Co+Co3Ti合金而获得的。12.上述第10所述的耐热超级合金，其是添加Co+20at% Ti合金而获得的。13. 一种耐热超级合金部件，其是使用上述第1-12的任一项所述的耐热超级合 金，通过铸造、锻造、粉末冶金的1种或者多种方法来制造。附图说明图1是对本专利技术和以往的耐热超级合金比较其微观组织的显微镜照片。图2是表示对本专利技术和以往的耐热超级合金以及不包含在本专利技术中的合金进行 压缩试验得到的结果的图。图3是表示本专利技术和以往的耐热超级合金以及不包含在本专利技术中的合金的高温 强度的图。图4是压延材料的外观照片。图5是例示压延材料的拉伸试验结果的图。图6是例示压延材料的蠕变试验本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐热超级合金，其组成为，含有２质量％－２５质量％的铬、０．２质量％－７质量％的铝、１９．５质量％－５５质量％的钴、［０．１７×（钴的含有质量％－２３）＋３］质量％以上、［０．１７×（钴的含有质量％－２０）＋７］质量％以下且在３－１５质量％范围内的钛，残余为镍和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：原田广史，谷月峰，崔传勇，大泽真人，佐藤彰洋，小林敏治，
申请(专利权)人：独立行政法人物质材料研究机构，
类型：发明
国别省市：JP[日本]