CN100379889C

CN100379889C - 镍基合金

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Publication number: CN100379889C
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Inventors: 曹维滌
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Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2008-04-09
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Abstract

镍基合金，包括(按重量%计)：至多约0.10%的碳；约12%至约20%的铬；至多约4%的钼；至多约6%的钨，其中钼和钨的总量至少为约2%并且不大于约8%；约5%至12%的钴；至多约14%的铁；约4%至约8%的铌；约0.6%至约2.6%的铝；约0.4%至约1.4%的钛；约0.003%至约0.03%的磷；约0.003至约0.015%的硼；镍；和偶存的杂质。铝原子%加钛原子%的总量为约2%至约6%，铝原子%与钛原子%的比例至少约1.5；和铝原子%加钛原子%的总量除以铌原子%等于约0.8至约1.3。可以提供一种制品形式的镍基合金，例如圆盘、叶片、紧固件、机身和传动轴。还公开了镍基合金的制备方法。着重指出，本摘要是根据规定需要摘要而提供的，以使检索者或其它读者快速确定技术公开的主题。认为，应当理解，这不是用于解释或限制权利要求的范围和含意。

Description

镍基合金

发明领域

本发明一般涉及镍基合金。本发明特别涉及能够生产的并具有超高温性能以及具有可与某些镍基超级合金相比的加工性能的镍基合金，某些镍基超级合金例如众所周知的合金718，这是以商品名分别是Altemp718和Allvac 718合金而从Allegheny Ludlum Corporation，Pittsburgh，Pennsylvania，和Allvac，Monroe，North Carolina购买的。本发明还涉及镍基合金的制备方法和包括镍基合金的制品。发现本发明的镍基合金可应用于例如燃气涡轮发动机部件，例如圆盘、叶片、紧固件、机身或传动轴。

发明背景描述

多年来，燃气涡轮发动机的改善性能已经被镍基超级合金的高温机械性能的提高替代。这些合金是用于最高温度下工作的燃气涡轮发动机部件的大多数首选材料。燃气涡轮发动机部件，例如圆盘、叶片、紧固件、机身或传动轴都是用镍基超级合金生产的，并且它们要在极高的温度下承受高应力一段时间。本领域中已经在许多已出版的专利中提出了改进的镍基超级合金，例如US3,046,108；4,371,404；4,652,315；4,777,017；4,814,023；4,837,384；4,981,644；5,006,163；5,047,091；5,077,004；5,104,614；5,131,961；5,154,884；5,156,808；5,403,546；5,435,861和6,106,767。

很多情况下，提高性能是通过重新设计部件实现的，以便由新型的或不同种类的在较高的温度下具有改善的性能(例如抗拉强度、蠕变寿命、和低循环疲劳寿命)的合金制备。但是，引入新型合金，尤其是向燃气涡轮发动机的临界旋转的部件中引入新型合金，所需时间较长，生产成本高，并且要丧失某些竞争特性。

合金718是一种最普遍使用的镍基超级合金，公开于US3,046,108中。合金718的典型组成列于下表中。

合金718族的广泛使用是由合金的几个独特的特点造成的。合金718具有高的强度并具有均恒的蠕变性和高达1200°F(649℃)的应力断裂特性。尽管大多数的高强镍基超级合金的强度是由沉淀的γ′相赋予的，铝和钛是主要的增强元素，即Ni₃(Al、Ti)，但是，合金718主要是通过有铌的γ″相增强，即Ni₃Nb是主要的增强元素成分，并且含有少量的γ′相，起辅助的增强作用。由于在体积份数和颗粒尺寸相同的情况下，γ″相的增强效果比γ′相更高，合金718的强度通常比由γ′沉淀相增强的大多数超级合金更高。另外，γ″沉淀相使得受高温时间影响的机械特性例如蠕变和应力断裂特性卓越。合金718的加工特性，例如可铸性、热加工性和焊接性也是优异的，因此用合金718较容易制备制品。这些加工特性被认为是与低的沉淀温度和与合金718有关的γ″相的缓慢沉淀动力学密切相关。

然而，γ″相在超过1200°F(649℃)的温度下的热稳定性较低，并很快地转变成更稳定的不具有强度的6相。转变的结果是使合金718的机械特性，例如应力断裂寿命在超过1200°F(649℃)的温度下迅速恶化。因此，合金718的使用温度一般被限制在低于1200°F(649℃)。

由于合金718的使用受到上述限制，因此作了许多尝试，对超级合金进行了改进。US4,981,644公开了一种合金，已知称为Rene′220合金。Rene′220合金的温度性能可高达1300°F(704℃)，或超过合金718 100°F(56℃)。但是，Rene′220合金非常昂贵，至少部分是因为它含有至少2％(一般3％)的钽，它的成本是钴和铌成本的10-50倍。另外，Rene′220合金含有较大量的δ相，并且只有约5％的断裂延展性，因此，导致切口脆性和低的耐静止疲劳龟裂生长。

另一种镍基超级合金在温度高达1500°F(816℃)下，广泛应用于航空航天部件和燃气涡轮发动机部件，已知称作Waspaloy(登记的商标是Pratt&Whitney Aircraft)镍基超级合金(UNS N07001)，从Allvac，Monroe，NC购买。这种镍基超级合金的典型组成列于下表中。

尽管Waspaloy镍基超级合金的高温性能比合金718的卓著，但是，这种合金要比合金718贵许多，至少部分原因是由于增加了合金化元素镍、钴和钼的含量。而且加工性，例如热加工性能和焊接能力不如合金718，由于是通过γ′增强的，导致制造成本升高，进一步限制了对部件的检修能力。

因此，需要提供一种能够生产、可焊接、高温性能比合金718优异的可热加工性镍基合金。

发明概况

根据本发明的一个具体实施方案，镍基合金包括(按重量％计)：至多约0.10％的碳；约12％至约20％的铬；0％至约4％的钼；0％至约6％的钨，其中钼和钨的总量至少为约2％并且不大于8％；约5％至12％的钴；0％至约14％的铁；约4％至约8％的铌；约0.6％至约2.6％的铝；约0.4％至约1.4％的钛；约0.003％至约0.03％的磷；约0.003％至约0.015％的硼；镍，和偶存的杂质。根据本发明，铝原子％加钛原子％为约2％至6％，铝与钛的原子百分数比例至少约1.5；和/或铝原子％加钛原子％的总量除以铌原子％等于约0.8至约1.3。本发明涉及镍基合金，其特征在于包括有利量的铝、钛和铌，有利量的硼和磷，和有利量的铁、钴和钨。

本发明还涉及采用或包含本发明的镍基合金制造的制品，例如圆盘、叶片、紧固件、机身或传动轴。如果将用本发明镍基合金制备的制品用作燃气涡轮发动机的部件，则是特别有利的。

此外，本发明涉及镍基合金，它包括(按重量％计)：0％至约0.08％的碳；0％至约0.35％的锰；约0.003％至约0.03％的磷；0％至约0.015％的硫；0％至约0.35％的硅；约17％至约21％的铬，约50％至约55％的镍；约2.8至约3.3％的钼；约4.7％至约5.5％的铌；0至约1％的钴；约0.003至约0.015％的硼；0％至约0.3％的铜；和平衡量的铁(一般约12％至约20％)；铝、钛和偶存杂质，其中，铝原子％加钛原子％的总量为约2％-6％，铝原子％与钛原子％之比为至少约1.5；和铝原子％加钛原子％的总量除以铌原子％等于约0.8至约1.3。

本发明也涉及镍基合金的制备方法。特别是，根据本发明的这种方法，提供一种具有本发明上述组成的镍基合金，并对其进行处理，处理方法包括固溶退火、冷却和老化。可以将合金进一步加工成制品或任何其他要求的形状。

附图的简单描述

图1是具有铝原子％与钛原子％的比例为3.6至4.1的镍基合金的屈服强度对铝原子％加钛原子％的曲线；

图2是具有铝原子％与钛原子％的比例为3.6至4.1的镍基合金的应力断裂寿命对铝原子％加钛原子％的曲线；

图3是包含约4原子％的铝和钛的镍基合金的屈服强度对铝原子％与钛原子％的比的曲线；

图4是包含约4原子％的铝和钛的镍基合金在1300°F(704℃)和90ksi和1250°F(677℃)和100ksi下的应力断裂寿命对铝原子％与钛原子％之比的曲线；

图5是包含变量的铝和钛和约5重量％的钴的镍基合金在1300°F(704℃)和80ksi下的应力断裂寿命的曲线；

图6是包含变量的铝和钛和约9重量％的钴的镍基合金在1300°F(704℃)和80ksi下的应力断裂寿命的曲线；

图7是包含约1.45重量％的铝和约0.65重量％的钛的镍基合金的应力断裂寿命对含磷量的曲线；

图8是包含约10重量％的铁、约9重量％的钴、约1.45重量％的铝和约0.65重量％的钛的镍基合金在1300°F(704℃)和80ksi下的应力断裂寿命对含磷量的曲线；

图9是包含1.45重量％的铝和约0.65重量％的钛的镍基合金在1300°F(704℃)和90ksi下的应力断裂寿命对含铁量的曲线；

图10是某种镍基合金在1300°F(704℃)和90ksi下的应力断裂寿命对含钴量的曲线；

图11是在快速应变率拉伸试验中面积减少百分率作为各种镍基合金试验温度函数的曲线；

图12是本发明一个实施方案(a)和Waspaloy(b)的TIG焊珠的纵向剖面的显微照片。

发明实施方案的详细描述

本发明涉及镍基合金，它包含有利量的铝、钛和铌，有利量的硼和磷，和有利量的铁、钴，和钨。根据本发明的一个具体实施方案，镍基合金包括(按重量％计)：至多约0.10％的碳；约12％至约20％的铬；0％至约4％的钼；0％至6％的钨，其中钼和钨的总量至少为约2％并且不大于8％；约5％至12％的钴；0％至约14％的铁；约4％至约8％的铌；约0.6％至约2.6％的铝；约0.4％至约1.4％的钛；约0.003％至约0.03％的磷；约0.003至约0.015％的硼；镍，和偶存的杂质。根据本发明，铝原子％加钛原子％为约2％至约6％，铝原子％与钛原子％之比为至少约1.5；和/或铝原子％加钛原子％的总量除以铌原子％等于约0.8至约1.3。

本发明镍基合金实施方案的一个特点是铝、钛和/或铌的含量，其相对比例的调整方式要使之在高温下能够提供有利的微观结构的热稳定性和机械特性，尤其是断裂强度和蠕变强度。本发明合金的铝和钛含量连同铌含量一起明显地导致合金是由γ′+γ″相，随着含铌的γ′相作为主要的增强相而增强的。与在某些其他镍基超级合金采用的钛含量较高，铝含量较低的组合物的不同，可以认为本发明合金的较高铝原子％与钛原子％之比是提高了合金的热稳定性，这种合金表现出来的一个重要特点是在长期处于高温下之后，保持良好的机械特性，例如应力断裂特性。

本发明实施方案的另一特点是硼和磷的使用方式。如果向本发明的镍基合金中加入一定量的磷和硼，可以改善合金的耐蠕变和应力断裂特性，而对抗拉强度和延展性没有显著的影响。本发明人观察到，改变磷和硼的含量，表现出有关的成本-效率，改进了镍基超级合金的机械特性。

本发明实施方案的再一个特点是利用了铁量和钴量，在略微增加原料成本下具有高强、高耐蠕变/应力断裂特性、高的热稳定性和良好的可加工性。首先，表明通过使这两相的沉淀物在较高温度下变得更细并且更不生长则钴可以改变γ′和γ″两相的沉淀和生长动力学。还认为，钴降低了堆垛层错能，由此使得位错移动更困难并且改进应力断裂寿命。第二，认为通过将铁含量控制在一理想范围内，可以改进合金的应力断裂特性，而不会明显地降低合金的强度。

本发明实施方案的再一个特点是添加了一定量的钼和钨，改进了合金的机械特性。钼和钨的添加量在本发明范围内至少约2重量％并且不大于约8重量％，则认为提高了合金的抗拉强度、蠕变/应力断裂特性和热稳定性。

根据本发明的一个实施方案，调整合金718中的铝和钛含量，以改进超级合金的热性能。本发明制备了许多合金，以研究铝和钛的平衡对合金718的机械特性和热稳定性的影响。合金的组成列于表1中。显而易见，熔体2和5，两者中所含的铝和钛的量均在合金718的典型组成范围内，而在其余熔体中至少铝和钛中之一种的含量在合金718的典型组成之外。

表1

表2列出了机械特性。在所有的下表中，UTS是指极限抗拉强度，YS是指屈服强度，EL是指延伸率，和RA是指面积减少。所有这些合金都是通过真空感应熔炼法(VIM)和真空电弧再熔法(VAR)制备的，对本领域普通技术人员都是熟知的。利用VAR将50磅VIM熔体转变成4英寸圆金属锭，或某些情况下，将300磅VIM熔体转变成8英寸金属锭。将金属锭在2175°F(1191℃)下均化16小时。然后将均化的金属锭锻造成2英寸×2英寸的坯料，再进一步辊压成3/4英寸的棒。由辊压棒切割成试样坯件，并用处理合金718的典型热处理方法(即在1750°F(954℃)下的固溶处理)进行热处理1小时，空气冷却至室温，在1325°F(718℃)下老化8小时，以100°F(56℃)/小时将炉冷却至1150°F(621℃)，在1150°F(621℃)老化8小时，然后空气冷却至室温。

所有经热处理后的试验合金的晶粒尺寸落入ASTM晶粒尺寸9-11的范围内。为了评价试验合金的热稳定性(即热处理较长时间后保持机械特性的能力)，将经热处理的合金在1300°F(704℃)下进一步热处理1000小时。室温和高温下的抗拉强度试验是按ASTM E8和ASTM E21进行的。各种温度和应力下的应力断裂试验按ASTM E292进行，采用的是试样5(CSN-.0075半径缺口)。

图1-4绘制了表2中记录的数据。参见图1和2，表明试验合金的应力断裂特性是随(Al+Ti)的量而改进的，因此，γ′的数量增加。在(Al+Ti)＝3.0时，改进是最明显的。但是，如表2所示，热稳定性也显示出铝和钛的含量因加工理由而受到限制，热稳定性是根据热处理合金的机械特性对在1300°F(704℃)下进行热处理1000小时后合金的机械特性之比(保留比，R)而测定的。具体地说，铝和钛的含量过高，对可加工性和焊接性不利。因此，表明对于可热加工和焊接的镍基合金而言，要求将铝+钛的含量保持在约2原子％至约6原子％之间，或者某些情况下保持在约2.5原子％至约5原子％之间或约3原子％至约4原子％之间。

现在，参见图3，可以看出铝原子％与钛原子％之比也影响试验合金的机械特性和热稳定性。具体地说，较低的铝原子％与钛原子％之比使得热处理状态下的合金的屈服强度增大。但是，参见图4，较高的铝原子％与钛原子％之比表明改进试验合金的应力断裂寿命，在铝原子％与钛原子％之比为约3至4处出现了一个应力断裂寿命峰。从这些图和表2可以看到，较高的铝原子％与钛原子％之比通常是改善试验合金的热稳定性。结果，尽管出于强度方面的考虑，合金718型合金中的铝原子％与钛原子％之比一般较低，从应力断裂寿命或热稳定性考虑这种组成不能令人满意。铝原子％与钛原子％之比的使用局限一般受要求的高强和加工特性，例如可热加工性或焊接性的制约。优选地，根据本发明的一些实施方案，铝原子％与钛原子％之比至少为约1.5，或者某些情况下，介于约2至约4之间，或约3至约4之间。

还测定了本发明各个实施方案中改变包括磷、硼、铁、铌、钴和钨组成的合金中铝原子％与钛原子％之比的影响。试验合金的组成示于表3。

表3

表3所示合金试样的机械特性示于表4。表3和4所列的试验试样是按照前面表1和2所讨论的相同方式进行加工、热处理和试验的。

图5和6绘制了表4记录的数据，从图中可以看到表3的熔体2含有1.41重量％铝和0.65重量％钛，并具有最大的铝原子％与钛原子％之比(按原子％计约3.85)，显示出最出色的应力断裂特性和较高的保留率，即表3含5重量％钴(熔体1-3)的R。在含9重量％钴(熔体4-8)的合金中观察到类似的结果。特别是，从表4和图6可以看出，含较高铝原子％与钛原子％之比的熔体4，6和8，显示出比熔体5和7更优异的应力断裂特性。因此，根据本发明的一些实施方案，镍基合金可以包含约0.9重量％至约2.0重量％的铝和/或约0.45重量％至约1.4重量％的钛。或者，根据本发明的一些实施方案，镍基合金可以包括约1.2重量％至约1.5重量％的铝和/或0.55重量％至约0.7重量％的钛。

也研究了许多含量在本发明范围内的磷和硼对合金的影响。表5列出了两组合金。第1组合金是用于研究在将铝和钛含量调节到约1.45重量％铝和0.65重量％钛时，改变磷和硼含量的影响。第2组合金是用于研究在将铁和钴含量调节到本发明范围内时，合金中磷和硼的影响。

表5

列于表5中的合金的机械特性示于表6。表5和6所列的试验试样是按照前面表1和2所讨论的相同方式进行加工、热处理和试验的。

表6

磷和硼含量对机械特性的影响

^*第2组试验合金是在80ksi和1300°F(704℃)下的试验应力。

图7和8绘制了表6记录的数据。从表6和图7和图8可以看出，磷含量对应力断裂特性有明显的影响。例如，可以看出表6中磷含量落在本发明的约0.003重量％至约0.03重量％范围之外的熔体1与表6中磷含量落入本发明范围内的其他熔体合金之间的应力断裂寿命存在很大的差异。还表明应力断裂寿命最优的磷含量。这个范围是包括约0.01重量％至约0.02重量％的磷。表6的所有试验熔体均含有在本发明的约0.003重量％至约0.015重量％之内的硼含量。因此，根据本发明的一些实施方案，镍基合金可以包括约0.005重量％至约0.025重量％的磷，或者约0.01重量％至约0.02重量％的磷。镍基合金可以包括约0.004重量％至约0.011重量％的硼，或者，包括约0.006重量％至约0.008重量％的硼。

还进行了一些磷和硼对本发明镍基合金实施方案的热加工性的影响进行了评估。在正常的上述温度范围内没有明显的影响。

还表明：通过调节铁和钴的含量，可以进一步改善718型合金的机械特性。包括有利量的铁和钴并且具有良好的强度、耐蠕变/应力断裂、热稳定性和加工性的镍基合金属于本发明的范畴。具体地说，本发明的一个方面涉及镍基合金，包括约5重量％至约12重量％的钴(或者约5重量％至约10重量％，或者约8.75重量％至约9.25重量％)，和低于14重量％(或者约6重量％至约12重量％，或者约9重量％至约11重量％)的铁。

制备了许多试验合金，以测定其铁和钴含量对机械特性的影响。这些试验合金的组成示于表7。将这些试验合金根据钴含量分成4组，每一组中铁含量在0至18重量％范围内改变。按前面所讨论的方法制备合金，将铝含量调节到约1.45重量％，钛含量调节到约0.65重量％。磷和硼含量分别保持在约0.01重量％至约0.02重量％和约0.004重量％至约0.11重量％范围内。

表7

表7所列合金试样的机械特性示于表8。表7和8所列的试验试样是按照前面表1和2所讨论的相同方法进行加工、热处理和试验的。

图9和10绘制了表8记录的数据，并说明改变试验合金中铁和钴含量的影响。特别参见表8，可以看出，当改变铁和钴含量时，没有对试验合金的屈服强度造成一致的明显影响。但是，由图9看出，铁和钴含量对应力断裂寿命有很大的影响。例如，如图9所示，当铁含量为约18重量％时，应力断裂寿命接近合金718的正常水平，且钴含量从0增加到约9重量％时，应力断裂寿命只有相当小的改良。但是，当铁含量降低到约14重量％，特别是降低到约10重量％时，且钴含量在本发明范围内时，较明显地改进了应力断裂寿命。从表8还可以看出，在铁和钴的总量落在本发明范围内的合金，其热稳定性，且保留率R达到最高。本发明特别涉及一种镍基合金，其包括至多约14重量％的铁(或者，约6重量％至不约12重量％，或者约9重量％至约11重量％)，和约5重量％至约12重量％(或者约5重量％至约10重量％，或者约8.75重量％至约9.25重量％)的钴。可以认为，钴含量增加，大大超过在本发明的范围外时，对合金的机械特性没有明显的改善，而对加工性能造成不利影响，成本提高。

采用表9所列的组成，研究了钨和钼的影响。表9的合金如前面所讨论的，是将铝和钛含量调节到约1.45重量％铝，和约O.65重量％的钛而进行制成的。铁含量保持接近约10重量％的要求含量，钴含量保持接近约9重量％的要求含量。

表9

表9所列的合金的机械特性示于图10。表9和10所列的试验试样是按照前面表1和2所讨论的相同方法进行加工、热处理和试验的。

由表10可见，未添加钨和钼的试验合金，应力断裂寿命降低，断裂延展性降低，出现一个切口断裂。从表10还可以看到，添加钼或钨，单独添加或者结合添加，改善了表10中的试验合金的应力断裂寿命和热稳定性。含有钼和/或钨的合金的热稳定性，根据保留率R测定的应力断裂寿命一般是更高。本发明涉及一种镍基合金，它包括至多约4重量％的钼(或者约2重量％至约4重量％，或者约2.75重量％至约3.25重量％)，和至多约6重量％(或者约1重量％至约2重量％，或者约0.75重量％至约1.25重量％)的钨，其中钼和钨的总量为至少约2重量％，并且不超过约8重量％(或者约3重量％至约8重量％，或者约3重量％至约4.5重量％)。

采用表11所列的合金组成，研究铌含量的影响。表11的合金是用铁、钴和钨的添加量在本发明的优选范围内的组成制备的。改变铝和钛的含量，以避免带来与较高的铌含量有关的潜在问题，例如可热加工性和可焊接性差。调节铬含量以防止出现不能令人满意的微观结构和在固化过程中产生斑点。

表11

表11所列的合金的机械特性示于图12。表11和1 2所列的试验样品是按照前面表1和2所讨论的相同方法进行加工、热处理和试验的。

参见表12，增加铌的含量，尽管没有明显改善应力断裂特性，但是提高了试验合金的强度。试验合金的热稳定性没有随着铌含量的增加而改变。本发明的一个方面涉及镍基合金，其包括约4重量％至约8重量％镍(或者约5重量％至约7重量％，或者约5重量％至约5.5重量％)，其中铝原子％加钛原子％的总量除以铌原子％为约0.8至约1.3(或者约0.9至约1.2，或者约1.0至约1.2)。

通过快速应变速率拉伸试验评估本发明合金实施方案的热加工性。这是按照ASTM E21进行的常规热拉伸试验，不同的是在较高的应变速率(约10^-1/秒)下进行。测定各种温度下的面积缩小百分数，并给出容许的热加工温度范围和可能出现的破裂程度。

图11的结果说明，本发明范围内的合金在加热条件下应用718型超级合金时通常使用的整个温度范围内(1700°F-2050°F)(927℃-1121℃)的面积值有较大的降低(至少约60％)。在加热应用温度范围的低端点处，约1700°F(927℃)，在该温度下一般会出现冷破裂，其面积值的降低明显地超过合金718的值，甚至大大超过Waspaloy的值。在其它试验温度范围，本发明合金的面积降低值至少等于合金718和Waspaloy。只有一个例外，即在最高试验温度2100°F(1149℃)处，合金718和Waspaloy的面积降低值稍微超过试验合金。但是，试验合金的面积降低值仍然达到了约80％，因此是极其理想的。

在相同条件下，在试样上进行无填料TIG(惰性气体中的钨)焊接来评估试验合金、718、和Waspaloy合金的可焊接性。然后取焊接件的剖面，检测其金相。如图12所示，在718或试验合金的样品中未出现破裂，但在Waspaloy合金中出现了破裂。这些试验说明本发明合金的可焊接性与合金718的相当，但是超过Waspaloy合金。

发明人以表13所列的组合物制作了一系列的熔体。

表13

表13所列合金的机械特性示于表14。这些选择合金，是以前面所讨论的试验合金的相同方法进行制备和测试，不同之处是Waspaloy试样按照常规的工业实施条件下(即在1865°F(1018℃)下固溶处理4小时，水骤冷，在1550°F(843℃)下老化4小时，空气冷却，在1400°F(760℃)下老化16小时，然后空气冷却至室温)。

从表14数据可以看出，本发明范围内的合金的抗拉强度极接近于Waspaloy。热稳定性(R)也与Waspaloy极其类似并且超过合金718。在所有测定条件下本发明合金的应力断裂和蠕变寿命均超过合金718和Waspaloy。另外，试验合金对随时间变化的应力断裂和蠕变特性的热稳定性与Waspaloy的相当。因此，从上述可以看出，本发明镍基合金的实施方案当与某些工业合金，例如合金718和Waspaloy相比时，能够综合高抗拉强度、应力断裂和蠕变寿命、和长期热稳定性的优势，同时与那些合金相比，保持了良好的热加工性、焊接性并且成本适宜。

应该认识到，本说明书描述了本发明的一些方面，旨在清楚理解本发明。本发明的某些方面对于本领域的熟练技术人员来说将是显而易见的，因此，为了简化本发明的描述，没有记载更好理解本发明的内容。尽管只结合实施方案描述了本发明，但是，本领域的熟练技术人员在思考了上述描述后，将认识到对本发明可以进行许多实施方案、改进和改变方案。上述的描述和下面所附的权利要求书覆盖了本发明的所有改变和改进方案。

Claims

1.镍基合金，包括，按重量％计：至多0.10％的碳；12％至20％的铬；至多4％的钼；至多6％的钨，其中钼和钨的总量至少为2％并且不大于8％；5％至12％的钴；至多14％的铁；4％至8％的铌；0.6％至2.6％的铝；0.4％至1.4％的钛；0.003％至0.03％的磷；0.003至0.015％的硼；镍，和偶存的杂质，并且其中，铝原子％加钛原子％的总量为2％至6％，铝原子％与钛原子％的比例为至少1.5；和铝原子％加上钛原子％的总量除以铌原子％等于0.8至1.3。

2.根据权利要求1的镍基合金，其中铝原子％和钛原子％的总量为2.5％至5％。

3.根据权利要求2的镍基合金，其中铝原子％和钛原子％的总量为3％至4％。

4.根据权利要求1的镍基合金，其中铝原子％与钛原子％之比为2至4。

5.根据权利要求4的镍基合金，其中铝原子％与钛原子％之比为3至4。

6.根据权利要求1的镍基合金，其中铝原子％加钛原子％的总量除以铌原子％等于0.9至1.2。

7.根据权利要求6的镍基合金，其中铝原子％加钛原子％的总量除以铌原子％等于1.0至1.2。

8.根据权利要求1的镍基合金，包含2％至4％的钼。

9.根据权利要求8的镍基合金，包含2.75％至3.25％的钼。

10.根据权利要求1的镍基合金，包含1至2％的钨。

11.根据权利要求1的镍基合金，包含0.75％至1.25％的钨。

12.根据权利要求1的镍基合金，其中钼和钨的总量为3％至8％。

13.根据权利要求12的镍基合金，其中钼和钨的总量为3％至4.5％。

14.根据权利要求1的镍基合金，包含5％至10％的钴。

15.根据权利要求14的镍基合金，包含8.75％至9.25％的钴。

16.根据权利要求1的镍基合金，包含6％至12％的铁。

17.根据权利要求16的镍基合金，包含9％至11％的铁。

18.根据权利要求1的镍基合金，包含0.9％至2.0％的铝。

19.根据权利要求18的镍基合金，包含1.2％至1.5％的铝。

20.根据权利要求1的镍基合金，包含0.45％至1.4％的钛。

21.根据权利要求20的镍基合金，包含0.55％至0.7％的钛。

22.根据权利要求1的镍基合金，包含5％至7％的铌。

23.根据权利要求22的镍基合金，包含5％至5.5％的铌。

24.根据权利要求1的镍基合金，包含0.005％至0.025％的磷。

25.根据权利要求24的镍基合金，包含0.01％至0.02％的磷。

26.根据权利要求1的镍基合金，包含0.004％至0.011％的硼。

27.根据权利要求26的镍基合金，包含0.006％至0.009％的硼。

28.根据权利要求1的镍基合金，包括2％至4％的钼；1％至2％的钨，其中钼和钨的总量至少为3％并且不大于6％；5％至10％的钴；6％至12％的铁；5％至7％的铌；0.9％至2.0％的铝；0.45％至1.4％的钛；0.005％至0.025％的磷；0.004至0.011％的硼；镍，和偶存的杂质，并且其中，铝原子％加钛原子％的总量为2％至6％，铝原子％与钛原子％的比例为至少1.5；和铝原子％加钛原子％的总量除以铌原子％等于0.8至1.3。

29.根据权利要求28的镍基合金，其中铝原子％和钛原子％的总量为2.5％至5％。

30.根据权利要求29的镍基合金，其中铝原子％和钛原子％的总量为3％至4％。

31.根据权利要求28的镍基合金，其中铝原子％与钛原子％之比为2至4。

32.根据权利要求31的镍基合金，其中铝原子％与钛原子％之比为3至4。

33.根据权利要求28的镍基合金，其中铝原子％加钛原子％的总量除以铌原子％等于0.9至1.2。

34.根据权利要求33的镍基合金，其中铝原子％加钛原子％的总量除以铌原子％等于1.0至1.2。

35.一种包括镍基合金的制品，镍基合金包括，按重量％计：至多0.10％的碳；12％至20％的铬；至多4％的钼；至多6％的钨，其中钼和钨的总量至少为2％并且不大于8％；5％至12％的钴；至多14％的铁；4％至8％的铌；0.6％至2.6％的铝；0.4％至1.4％的钛；0.003％至0.03％的磷；0.003至0.015％的硼；镍，和偶存的杂质，其中，铝原子％加钛原子％的总量为2％至6％，铝原子％与钛原子％之比为至少1.5；和铝原子％加钛原子％的总量除以铌原子％等于0.8至1.3。

36.根据权利要求35的制品，其中制品选自于圆盘、叶片、紧固件、机身和传动轴。

37.根据权利要求35的制品，其中制品是燃气涡轮发动机部件。

38.镍基合金的制备方法，包括：

提供一种镍基合金，所述镍基合金包括(按重量％计)：至多0.10％的碳；12％至20％的铬；至多4％的钼；至多6％的钨，其中钼和钨的总量至少为2％并且不大于8％；5％至12％的钴；至多14％的铁；4％至8％的铌；0.6％至2.6％的铝；0.4％至1.4％的钛；0.003％至0.03％的磷；0.003至0.015％的硼；镍；和偶存的杂质，并且其中，铝原子％加钛原子％的总量为2％至6％，铝原子％与钛原子％的比例为至少1.5；和铝原子％加钛原子％的总量除以铌原子％等于0.8至1.3；

固溶退火合金；

冷却合金；和

老化合金。

39.根据权利要求38的制备方法，其中铝原子％和钛原子％的总量为2.5％至5％。

40.根据权利要求39的制备方法，其中铝原子％和钛原子％的总量为3％至4％。

41.根据权利要求38的制备方法，其中铝原子％与钛原子％之比为2至4。

42.根据权利要求41的制备方法，其中铝原子％与钛原子％之比为3至4。

43.根据权利要求38的制备方法，其中铝原子％加钛原子％的总量除以铌原子％等于0.9至1.2。

44.根据权利要求43的制备方法，其中铝原子％加钛原子％的总量除以铌原子％等于1.0至1.2。

45.根据权利要求1的镍基合金，其中所述的合金在1700-2050的整个温度范围内具有的面积降低值为至少60％。