耐高温钴基高温合金制造技术

本发明专利技术涉及耐高温钴基高温合金。具体地，本发明专利技术涉及到具有下列化学组成的钴基高温合金（按重量％计）：２５－２８　Ｗ，３－８　Ａｌ，０．５－６　Ｔａ，０－３　Ｍｏ，０．０１－０．２　Ｃ，０．０１－０．１　Ｈｆ，０．００１－０．０５　Ｂ，０．０１－０．１　Ｓｉ，剩余的钴和制造引起的杂质。这种高温合金是通过γ’－析出和其它的析出机制而得到增强，与现有技术所知的钴基高温合金相比较，在高温下，该高温合金除了良好的抗氧化性之外，还尤其具有改进的强度值。

【技术实现步骤摘要】
耐高温钴基高温合金
本专利技术涉及到材料技术的领域。该材料技术涉及具有γ/γ’结构的钴基高温合金(Kobaltbasis-Superlegierung)，该钴基高温合金在高达约1000℃的高使用温度下具有很好的机械性质和良好的抗氧化性。
技术介绍
钴基或镍基高温合金从现有技术是已知的。特别地，镍基高温合金组件(其中通常利用γ/γ’-析出增强机制来改善高温的机械性质)在高温条件下尤其具有很好的材料强度，而且也具有很好的耐腐蚀性和耐氧化性，以及良好的蠕变性。根据这些性质，例如在燃气轮机使用这样的材料时，可以提高燃气轮机的进气温度，由此燃气轮机装置的效率提高了。与此不同，许多的钴基高温合金由于高熔点元素的加合金(Zulegieren)，通过碳化物析出和/或混合晶体增强而得到增强，这通过与γ/γ’-镍基高温合金相比更低的高温强度表现出来。通过在大约650℃-927℃温度范围内的二次碳化物析出，大大恶化了延展性。然而，与镍基高温合金相比较，钴基高温合金常常有利地具有改进的抗热腐蚀性，以及更高的抗氧化性和抗磨损性。对于汽轮机的应用来说，不同的钴基铸造合金是商业可得的，例如MAR-M302，MA-M509和X-40，这些合金具有比较高的铬含量，并部分地与镍制成合金。表1列出了这些合金的名义组成。NiCrCoWTaTiMnSiCBZrM303-21.558109.0---0.850.0050.2M50910.023.55573.50.2--0.60-0.5X-4010.525.5545.5--0.750.750.50--表1：已知的商业钴基高温合金的名义组成但是这些钴基高温合金的机械性质，特别是抗蠕变度还有待改进。近来，还获知了具有占优势的γ/γ’-组织结构的钴基高温合金，与上述的商业钴基高温合金相比较，该钴基高温合金具有改进的高温强度。这种已知的钴基高温合金由下列组成(数据按原子％计)：27.6Ni，12.9Ti，8.7Cr，0.8Mo，2.6Al，0.2W和47.2Co(D.H.Ping等人：MicrostructuralEvolutionofaNewlyDevelopedStrengthenedCo-baseSuperalloy，VacuumNanoelectronicsConference，2006和the50thInternationalFieldEmissionSymposium.，IVNC/IFES2006，TechnicalDigest.19thInternationalVolume，Issue，2006年7月，第513-514页)。在这种合金的场合下，铬和镍的含量也相当的高，此外还附加地含有钛。这种合金的结构主要由典型的γ/γ’-结构组成，这种结构具有六角形的带似平板形态的(Co，Ni)3Ti-化合物，其中后者对高温性质具有负面影响，因此这种合金被限制应用于温度低于800℃的条件。此外，Co-Al-W-基γ/γ’-高温合金也是已知的(AkaneSuzuki，GarretC.DeNolf，和TresaM.Pollock：HighTemperatureStrengthofCo-basedγ/γ’-Superalloys，Mater.Res.Soc.Symp.Proc.第980卷，2007，MaterialsResearchSociety)。这里研究的合金总具有9原子％的铝和9-11原子％钨。此时，还选择性地附加了2原子％钽或2原子％铼。由此文件表明，将钽添加到三元Co-Al-W合金中使得γ’-相稳定化，这里说明，三元体系(也就是不含钽)具有近似的棱长约150和200纳米的立方形γ’-析出，而在额外含有2原子％钽的合金中，此合金的结构具有棱长约400纳米的立方形γ’-析出。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免现有技术的已知缺点。本专利技术基于开发钴基高温合金的任务，该钴基高温合金特别在高达约1000℃的高使用温度下具有改进的机械性质和好的抗氧化性。该合金也应该优选地适合于制造单晶部件。根据本专利技术的任务由如下方式得到解决，钴基高温合金具有下列的化学组成(数据以重量％计)：25-28W，3-8Al，0.5-6Ta，0-3Mo，0.01-0.2C，0.01-0.1Hf，0.001-0.05B，0.01-0.1Si其余为钴和制造引起的杂质。该合金由立方面心γ-钴基质相和高的γ’-相Co3(Al，W)的体积份额组成的，该合金通过钽稳定化。γ’-析出是很稳定的，并导致了材料的增强，这特别在高温下对性质(蠕变性，氧化行为)产生了正面的影响。该钴高温合金即不含Cr也不含Ni，但为此有相当高份额的W。这种高份额的钨(25-28重量％)导致了γ’-相进一步增强，因此蠕变性得到改进。W调节γ-基质和γ’-相之间的晶格位错，其中较低的晶格位错使得能够形成内聚的结构。钽另外起着析出增强剂的作用。应该添加0.5-6重量％的钽，优选地应添加5.0-5.4重量％的钽。钽提高了高温强度。如果调节到大于6重量％的钽，那么就降低了不利的抗氧化性。该合金含有3-8重量％的铝，优选地含有3.1-3.4重量％的铝。因此在材料表面形成了Al2O3保护膜，这种保护膜提高了高温耐氧化性。硼是在0.001到至多0.05重量％的低含量的情况下增强钴基高温合金的晶界的元素。更高的硼含量是极为不利的，因为这会导致不希望的硼的析出，不希望的硼的析出具有脆化效应。此外，硼降低钴合金熔点，因此，超过0.05重量％的硼含量是不合适的。在给定范围内硼与其它成分的相互作用，特别是与钽的相互作用导致得到良好的强度值。钼是钴基质中的混晶增强剂。钼影响了γ-基质和γ’-相之间的晶格位错，因此也影响了蠕变荷载下的γ’的形态。在0.01-最高0.2重量％的给定的范围内，碳对碳化物的形成是有利的，碳化物的形成进而提高了合金的强度。此外碳还起着晶界增强剂的作用。如果碳含量高于0.2重量％，那么相反会有害地导致脆化。铪(在0.01-0.1重量％的给定范围内)主要的增强了γ-基质，因此有助于提高强度。此外，铪与0.01-0.1重量％的硅相结合对抗氧化性产生有利的作用。如果超过了上述的范围，而那么会有害的导致材料的脆化。如果碳，硼，铪和硅处在上述范围的下限，则能够有利地产生单晶合金(Einkristalllegierung)，特别考虑到在燃气轮机中的使用(涉及到温度、氧化、腐蚀的高负荷)，这进一步导致了钴合金性质的改进。总的看来，根据本专利技术的钴基高温合金基于它们的化学组成(在给定的范围内的给定元素的组合)在达约1000℃的高温下具有杰出的性质，特别是具有良好的持久强度，也就是说具有良好的蠕变性和极高的抗氧化性。附图说明这些图阐述了本专利技术的实施例。其中：图1示出根据本专利技术的合金Co-1的结构图；图2示出Co-1合金和已知的比较合金在从室温至约1000℃的范围内的屈服极限σ0.2与温度的关系；图3示出在从室温至约1000℃的范围内，Co-1合金和已知的比较合金的抗拉强度σUTS与温度的关系；图4示出在从室温至约1000℃的范围内，Co-1合金和已知的比较合金的断裂伸长率ε与温度的关系，和图5示出根据本专利技术的合金Co-1、Co-4、Co-5和已知比较合金Mar-M509的应力σ与拉尔森米勒(Lar本文档来自技高网...

【技术保护点】
钴基高温合金，特征在于下列化学组成（按重量％计）：　２５－２８Ｗ，　３－８Ａｌ，　０．５－６Ｔａ，　０－３Ｍｏ，　０．０１－０．２Ｃ，　０．０１－０．１Ｈｆ，　０．００１－０．０５Ｂ，　０．０１－０．１Ｓｉ，　剩余的Ｃｏ和 制造引起的杂质。

【技术特征摘要】
CH 2008-9-8 01433/081.钴基高温合金，其具有γ/γ’-显微结构，特征在于下列化学组成，按重量%计：剩余的Co和制造引起的杂质。2.根据权利要求1的钴基高温合金，特征在于25.5-27.25重量%W。3.根据权利要求1的钴基高温合金，特征在于3.1-3.4重量%Al。4.根据权利要求1的钴基高温合金，特征在于5-6重量%Ta。5.根据权利要求1的钴基高温合金，特征在于2.8重量%Mo。6.根据权利要求1的钴基高温合金，特征在于0.2重量%C。7.根据权利要求1的钴基高温合金，特征在于0.01-0.03重量%C。8.根据权利要求1的钴基高温合金，特征在于0.1重量%Hf。9.根据权利要求1的钴基高温合金，特征在于0.01-0.02重量%Hf。10.根据权利要求1的钴基高温合金，特征在于0.05重量%B。11.根据权利要求1的钴基高温合金，特征在于0.001-0.003重量%B。12.根据权利要求1的钴基高温合金，特征在于0.1重量...

【专利技术属性】
技术研发人员：M纳茨迈，A孔茨勒，M斯托布利，
申请(专利权)人：阿尔斯托姆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]