【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高温合金制备，具体而言，尤其涉及一种ni-cr-al体系镍基高温合金及其制备方法，所述镍基高温合金名称为ta800。
技术介绍
1、目前，燃料成本已经跃升为航运业的第一大成本，甚至达到总营运成本的50％左右。由于燃料成本的提高，为降低运营成本，大型船舶用柴油机大量使用重油作为燃料以降低航运成本，由于重油中机械杂质与沥青质、硫分、灰分、钠、钒等杂质较多，这会对柴油机燃烧室关重部件-排气阀带来严重腐蚀。传统的奥氏体、马氏体耐热钢气阀材料很难满足先进发动机技术对材料的性能需求，而镍基合金具有优良的组织稳定性，以ni元素为基体，可以溶解多种合金元素，同时保证没有有害相的形成，高温性能优异，在高温部件应用邻域发挥着不可替代的作用。选择镍基高温合金用作内燃机排气阀材料，有利保证气阀部件在高温条件下的持久稳定运行。目前我国使用最多的镍基排气阀材料nimonic80a服役过程中容易出现排气阀面出现蚀坑，轴部翘曲变形甚至断裂等问题，并且nimonic80a合金还存在低温长期服役过程中出现“应力紧缩”导致断裂的情况，所以急需开发一种耐腐蚀性更好的，硬度更高的柴油机排气阀材料。
技术实现思路
1、根据上述提出的技术问题，而提供一种ni-cr-al体系镍基高温合金及其制备方法。
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一种ni-cr-al体系镍基高温合金，所述高温合金为通过真空感应熔炼、均匀化处理、锻造制备棒坯、固溶处理、时效处理工艺制备的所得产物。
4、
5、进一步地，所述高温合金的微观组织包括等轴奥氏体晶粒和均匀分布在晶界的球块状α-cr相以及晶粒内部尺寸微细的层片组织，晶粒尺寸在80～110μm，晶粒度达到6级，为全面层片组织状态，硬度在420～550hv，晶界及其附近区域存在弥散分布的球块状α-cr相，尺寸小于5μm；层片组织包括由α-cr相、γ相以及γ'相组成的层片组织结构，层片组织结构的层间距为60～120nm，α-cr相层厚小于γ相；晶粒内部相同取向的层片组织集落尺寸在3-6μm。
6、本专利技术还提供了一种ni-cr-al体系镍基高温合金的制备方法，包括如下步骤：
7、s1、真空感应熔炼：
8、s11、选取合金原料，包括块状合金原料和粉状合金原料；对块状合金原料进行打磨、清洗、烘干；按照合金成分配比，称取合金原料，并记录合金原料质量；
9、s12、将称取后的块状合金原料和粉状合金原料放在坩埚中；
10、s13、将坩埚放进真空感应熔炼炉中，对合金原料进行熔炼，制备得到合金铸锭；
11、s2、均匀化处理：采用箱式马弗炉对合金铸锭进行均匀化处理；
12、s3、锻造制备棒坯：采用快锻制备棒坯的方式，将均匀化处理后的合金铸锭制成圆棒；
13、s4、固溶处理：采用箱式马弗炉对圆棒进行固溶处理；
14、s5、时效处理：采用箱式马弗炉对固溶处理后的合金铸锭进行时效处理，制备得到镍基高温合金。
15、进一步地，所述步骤s11中，块状合金原料包括镍块、60ni-40cr二元合金块、铝块；
16、所述步骤s11中，使用180#～800#砂纸对镍块、60ni-40cr二元合金块、铝块进行打磨，去除表面氧化皮，将磨拋处理后的块状合金试棒放入含一定量酒精的烧杯中超声清洗30min，确保试棒表面不再残留砂纸颗粒及抛光膏，清洗后放入烘干箱中50℃干燥30min取出；按照合金成分配比，使用精度为0.0001g的天平称取合金原料，记录合金原料质量，其中cr元素以60ni-40cr二元合金形式加入。
17、进一步地，所述步骤s12中，将镍块、60ni-40cr二元合金块、铝块、碳粉、硼粉按照一层块料一层粉料的顺序依次摆放在坩埚中，填满缝隙处，保持紧密，确保表面不存在粉料。
18、进一步地，所述步骤s13的具体步骤如下：将坩埚放进真空感应熔炼炉中，抽真空到真空度≤0.1pa，通电，维持50～80kw低功率烘烤，抽空排气后打开氩气阀，通入氩气保护，调整真空阀使指针维持稳定，采用梯度上升功率的方式上升功率至1200kw，合金原料熔化后维持温度1400℃～1500℃进行1h精炼，精炼结束后缓慢降低温度，保持氩气通入冷却，待温度降至200℃后破空取出合金铸锭；其中，梯度上升功率的方式为：功率经200kw、400kw、600kw上升至1200kw。
19、进一步地，所述步骤s2中，均匀化处理工艺为：随炉升温至1160℃～1180℃，保温16h，空冷；其中，控制升温速率为5～8℃/min。
20、进一步地，所述步骤s3中，锻造制备棒坯的工艺为：将合金铸锭在1100℃～1150℃保温下进行多次镦粗、拔长，每次拔长的变形量控制在25％-50％，每次镦粗的变形量控制在15％-30％，锻造比为8～16，制备得到圆棒。
21、进一步地，所述步骤s4中，固溶处理工艺为：升温至1190℃～1220℃，保温2～3h，水冷；其中，控制升温速率为5～8℃/min；
22、所述步骤s5中，时效处理工艺为：将固溶处理后的棒坯放入热处理炉后，随炉升温至700℃～850℃，保温24h后取出，空冷至室温，制备得到镍基高温合金。
23、较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
24、1、本专利技术制备了一种耐腐蚀性好、硬度高以及在700℃以下具有优异综合力学性能、低成本的镍基高温合金，可解决现有镍基高温合金耐高温腐蚀性、耐磨性不够导致排气阀杆服役时间短、气阀锥面容易磨损以及头部出现裂纹和碎落甚至是烧蚀断裂等问题。
25、2、本专利技术方法制备出的镍基高温合金，微观组织主要包括等轴奥氏体晶粒和均匀分布在晶界的球块状α-cr相以及晶粒内部尺寸微细的层片组织，晶粒尺寸在80～110μm，晶粒度达到6级，为全面层片组织状态，硬度在420～550hv，晶界及其附近区域存在弥散分布的球块状α-cr相，尺寸小于5μm。层片组织包含层间距为60～120nm的由α-cr相、γ相以及γ'相组成的层片组织结构，其中α-cr相层厚略小于γ相。晶粒内部相同取向的层片组织集落尺寸在3-6μm。
26、基于上述理由本专利技术可在高温合金制备等领域广泛推广。
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1.一种Ni-Cr-Al体系镍基高温合金，其特征在于，所述高温合金为通过真空感应熔炼、均匀化处理、锻造制备棒坯、固溶处理、时效处理工艺制备的所得产物。
2.根据权利要求1所述的Ni-Cr-Al体系镍基高温合金，其特征在于，所述高温合金的化学组分按重量百分比计为：Cr：30％～45％，Fe：15％以下，Al：1％～8％，Ti：4％以下，C：0.2％以下，B：0.01％～0.1％，Nb：1％以下，Ta：3％以下，Zr：1％以下，Hf：5％以下，余量为Ni。
3.根据权利要求1或2所述的Ni-Cr-Al体系镍基高温合金，其特征在于，所述高温合金的微观组织包括等轴奥氏体晶粒和均匀分布在晶界的球块状α-Cr相以及晶粒内部尺寸微细的层片组织，晶粒尺寸在80～110μm，晶粒度达到6级，为全面层片组织状态，硬度在420～550HV，晶界及其附近区域存在弥散分布的球块状α-Cr相，尺寸小于5μm；层片组织包括由α-Cr相、γ相以及γ'相组成的层片组织结构，层片组织结构的层间距为60～120nm，α-Cr相层厚小于γ相；晶粒内部相同取向的层片组织集落尺寸在3-6μm。>
4.一种如权利要求1-3任意一项权利要求所述的Ni-Cr-Al体系镍基高温合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的Ni-Cr-Al体系镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S11中，块状合金原料包括镍块、60Ni-40Cr二元合金块、铝块；
6.根据权利要求5所述的Ni-Cr-Al体系镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S12中，将镍块、60Ni-40Cr二元合金块、铝块、碳粉、硼粉按照一层块料一层粉料的顺序依次摆放在坩埚中，填满缝隙处，保持紧密，确保表面不存在粉料。
7.根据权利要求4所述的Ni-Cr-Al体系镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S13的具体步骤如下：将坩埚放进真空感应熔炼炉中，抽真空到真空度≤0.1Pa，通电，维持50～80kW低功率烘烤，抽空排气后打开氩气阀，通入氩气保护，调整真空阀使指针维持稳定，采用梯度上升功率的方式上升功率至1200kW，合金原料熔化后维持温度1400℃～1500℃进行1h精炼，精炼结束后缓慢降低温度，保持氩气通入冷却，待温度降至200℃后破空取出合金铸锭；其中，梯度上升功率的方式为：功率经200kW、400kW、600kW上升至1200kW。
8.根据权利要求4所述的Ni-Cr-Al体系镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，均匀化处理工艺为：随炉升温至1160℃～1180℃，保温16h，空冷；其中，控制升温速率为5～8℃/min。
9.根据权利要求4所述的Ni-Cr-Al体系镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，锻造制备棒坯的工艺为：将合金铸锭在1100℃～1150℃保温下进行多次镦粗、拔长，每次拔长的变形量控制在25％-50％，每次镦粗的变形量控制在15％-30％，锻造比为8～16，制备得到圆棒。
10.根据权利要求4所述的Ni-Cr-Al体系镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，固溶处理工艺为：升温至1190℃～1220℃，保温2～3h，水冷；其中，控制升温速率为5～8℃/min；
...【技术特征摘要】
1.一种ni-cr-al体系镍基高温合金，其特征在于，所述高温合金为通过真空感应熔炼、均匀化处理、锻造制备棒坯、固溶处理、时效处理工艺制备的所得产物。
2.根据权利要求1所述的ni-cr-al体系镍基高温合金，其特征在于，所述高温合金的化学组分按重量百分比计为：cr：30％～45％，fe：15％以下，al：1％～8％，ti：4％以下，c：0.2％以下，b：0.01％～0.1％，nb：1％以下，ta：3％以下，zr：1％以下，hf：5％以下，余量为ni。
3.根据权利要求1或2所述的ni-cr-al体系镍基高温合金，其特征在于，所述高温合金的微观组织包括等轴奥氏体晶粒和均匀分布在晶界的球块状α-cr相以及晶粒内部尺寸微细的层片组织，晶粒尺寸在80～110μm，晶粒度达到6级，为全面层片组织状态，硬度在420～550hv，晶界及其附近区域存在弥散分布的球块状α-cr相，尺寸小于5μm；层片组织包括由α-cr相、γ相以及γ'相组成的层片组织结构，层片组织结构的层间距为60～120nm，α-cr相层厚小于γ相；晶粒内部相同取向的层片组织集落尺寸在3-6μm。
4.一种如权利要求1-3任意一项权利要求所述的ni-cr-al体系镍基高温合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的ni-cr-al体系镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s11中，块状合金原料包括镍块、60ni-40cr二元合金块、铝块；
6.根据权利要求5所述的ni-cr-al体系镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s12中，将镍块、60...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭毅，王明阳，李鹏廷，王志刚，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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