一种高强抗热腐蚀镍基单晶高温合金制造技术

本发明专利技术提供了一种高强抗热腐蚀镍基单晶高温合金，该合金的组成成分构成和各成分的质量百分含量为：Cr：10.0～15.0%，Co：8.0～12.0%，Mo：0.5～3.0%，W：3.0～6.0%，Ta：4.0～7.0%，Al：3.0～5.0%，Ti：3.0～5.0%，C：0～0.4%，其余为Ni，6.5≤Al+Ti≤9，Al/Ti≤1。该合金不仅具有优良的抗热腐蚀性能，还具有较高的高温力学性能、良好的组织稳定性。既可以适用于地面与舰用燃气轮机高温部件，又可以适用于航天、航空发动机高温部件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于镍基单晶高温合金
，具体涉及主要适用于在高温热腐蚀条件下承受较高应力的零部件的一种高强镍基单晶高温合金。
技术介绍
海洋环境下的舰载机，地面燃气轮机等科技领域的发展，要求发动机材料不仅要具有较高的力学性能，还应具有一定的抗热腐蚀能力。目前我国研制的第一代单晶合金主要有DD3、DD26、DD402和DD8等合金。除DD8外，这些合金的抗热腐蚀性能均较差。DD8合金虽有较强的抗热腐蚀性能，但强度明显低于其它单晶合金。因此，目前具有高强度的抗热腐蚀单晶合金在国内的种类较少。针对上述背景，人们期望获得一种抗热腐蚀镍基单晶高温合金，在具有良好抗热腐蚀性能的同时，拉伸、持久、疲劳等性能与国内典型第一代单晶合金DD3、DD26、DD402等相当的高强度第一代抗热腐蚀单晶高温合金。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强抗热腐蚀第一代镍基单晶高温合金，该合金在获得与国内典型第一代单晶高温合金相当力学性能的同时，具有良好的抗热腐蚀性能。本专利技术提供了一种高强抗热腐蚀镍基单晶高温合金，所述合金的组成成分构成和各成分的质量百分含量满足下述要求:Cr:10.0 15.0%, Co:8.0 12.0%, Mo:0.5 3.0%, W:3.0 6.0%, Ta:4.0 7.0%，Α1:3.0 5.0%，T1:3.0 5.0%, C:0 0.4%，其余为 Ni，6.5 彡 Al+Ti 彡 9，Al/Ti ( I。本专利技术提供的高强抗热腐蚀镍基单晶高温合金，所述合金的组成成分构成和各成分的质量百分含量满足下述要求:Cr: 11.0 13.0%, Co:8.5 9.5%, Mo: 1.5 2.5%, W:3.0 4.5%, Ta:4.0 6.0%, Al:3.0 4.0%, Ti:4.0 5.0%, C:0 0.2%，其余为 Ni, 7.3 ^ Al+Ti ( 8.5，Al/Ti ( I。本专利技术提供的闻强抗热腐蚀镇基单晶闻温合金，所述镇基单晶闻温合金中，杂质的成分和质量百分含量满足下述要求:0 ( 0.003，N^0.002，S^0.004，P ( 0.018，Si ( 0.2，Pb ( 0.0005，Bi ( 0.00005。`本专利技术合金(合金牌号取名为DD13)的化学成分设计主要基于如下理由:合金成分是影响热腐蚀的关键因素，通过添加合金元素可以促进合金表面稳定氧化膜的形成，降低合金的热腐蚀速率。高温合金中，Cr是改善合金抗热腐蚀性能最有效的合金元素，一定的Cr含量能形成抗热腐蚀Cr2O3保护膜。但是合金中Cr含量过高时会引起拓扑密排相(TCP)的析出。所以抗热腐蚀高温合金中Cr含量为10.0 15.0wt.%。Co对TCP相有抑制作用，扩大热处理窗口，但过高的Co含量会降低固溶温度，导致合金高温性能的降低，为保证合金的高温性能，Co含量控制在8.0 12.0wt.%。Mo、W是高温合金中最重要的固溶强化元素，但它们都是促进TCP相形成元素，对于合金的组织稳定性十分不利。而且W、Mo在高温氧化环境下，极易生成挥发性的氧化物，难易形成致密的氧化膜，在有Na2SO4的环境中，容易引起酸性熔融反应，产生严重的热腐蚀，特别是高Mo的合金，常发生灾难性的腐蚀。因此，限制Mo、W的含量分别小于3.0wt.%和 6.0wt.% οAl、T1、Ta是高温合金中最主要的沉淀强化Y’相形成元素。Ti还有利于提高合金的抗热腐蚀性能，Al能明显提高合金的抗氧化性能，但对液态Na2SO4的防护性能极差，所以，合金的Ti/Al比大于1，且6.5彡Al+Ti彡9。Ta除了有效地提高合金的热强性以外，同时还能增加合金的抗氧化性能、耐腐蚀性能和铸造性能，但Ta过高，合金中共晶含量高，使合金的热处理变得极为困难，结合这些因素本专利技术控制Ta含量在4.0 7.0wt.%。适量C的加入可提高合金的铸造性能，降低合金的再结晶倾向，特别是C的加入生成小尺寸颗粒状碳化物能够强化晶界，从而提高单晶合金的小角晶界容限，进而提高合金的成品率。但过量C的加入会 降低合金的性能，因此，将C含量控制在0-0.4wt.%。本专利技术所述镍基单晶高温合金利用纯N1、Co、Cr、W、Mo、Ta、T1、Al、C等元素在真空感应炉中熔炼，并浇注成化学成分符合要求的母合金，然后再通过定向凝固设备(高速凝固法或液态金属冷却法)重熔、利用螺旋选晶器或仔晶法定向凝固成单晶试棒。使用前需经过热处理。针对现有技术背景，本专利技术发展了一种高强抗热腐蚀第一代镍基单晶高温合金，其抗热腐蚀性能与M38合金相当，力学性能达到甚至超过了典型第一代高强单晶高温合金DD3、DD26、DD402 水平。本专利技术的优点及有益效果说明如下:(I)与现有的其它镍基单晶高温合金相比，本专利技术合金具有优异的抗热腐蚀性能，900°C热腐蚀能力与M38相当。(2)本专利技术合金的持久性能与典型第一代单晶高温合金DD3、DD26、DD402相当甚至更优，982°C /248MPa下持久寿命>60h ；760°C /793MPa下持久寿命>140h，是高强的抗热腐蚀单晶高温合金。(3)本专利技术合金在900°C长期时效组织稳定。附图说明图1为本专利技术合金与现有技术中第一代单晶高温合金DD3、DD26、DD402和DD8的Larson-Miller曲线比较图；图2为本专利技术合金900° C热腐蚀性能的测试；图3为本专利技术合金低周疲劳性能的测试；图4为本专利技术合金900° C长期时效2000h后显微组织。具体实施例方式以下实施例将对本专利技术予以进一步的说明，但并不因此而限制本专利技术。具体制备方法要求:采用真空感应炉熔炼，先浇注成化学成分符合要求的母合金，然后再制备单晶试棒，使用前须经过热处理。实施例1-8:本专利技术镍基单晶高温合金试样的化学成分均参见表I。为了方便对比，表I中也列出了典型第一代镍基单晶高温合金DD3、DD26、DD402和DD8的化学成分。表I本专利技术合金(实施例1-8)和DD3、DD26、DD402、DD8的化学成分组成列表(wt.%)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强抗热腐蚀镍基单晶高温合金，其特征在于：所述合金的组成成分构成和各成分的质量百分含量满足下述要求：Cr：10.0～15.0%，Co：8.0～12.0%，Mo：0.5～3.0%，W：3.0～6.0%，Ta：4.0～7.0%，Al：3.0～5.0%，Ti：3.0～5.0%，C：0～0.4%，其余为Ni，6.5≤Al+Ti≤9，Al/Ti≤1。

【技术特征摘要】
2011.11.16 CN 201110362920.41.一种高强抗热腐蚀镍基单晶高温合金，其特征在于:所述合金的组成成分构成和各成分的质量百分含量满足下述要求:Cr:10.0 15.0%, Co:8.0 12.0%, Mo:0.5 3.0%,ff:3.0 6.0%, Ta:4.0 7.0%,Al:3.0 5.0%, Ti:3.0 5.0%, C:0 0.4%，其余为 Ni，6.5 ≤ Al+Ti ≤ 9，Al/Ti ≤ I。2.按照权利要求1所述的高强抗热腐蚀镍基单晶高温合金，其特征在于，所述合金的组成成分构成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋，刘畅，张功，张健，楼琅洪，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：