CN101429609B - 一种高温合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型镍基多元高温合金及其制备方法。镍基多元高温合金的重量百分比化学成份为：1.0～30.0Cr，1.0～30.0Co，1.0～10.0Mo，1.0～5.0W，1.0～5.0Al，1.0～5.0Sm，1.0～5.0Gd，1.0～5.0Er，余量为Ni。其制备方法为：将镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、钼(Mo)、钨(W)、铝(Al)、钐(Sm)、钆(Gd)、铒(Er)等金属元素，按照合金化学成分设计配方比例配好，在喷射成型设备中直接制备成NiCrCoMoWAlSmGdEr多元系合金，合金形状为板状、棒状或圆柱状等成品。该合金材料具有强度高、硬度大、耐腐蚀、耐高温、热膨胀系数小等特点，可用做化工、矿山、机械、冶金、玻璃、机电等行业中的压力容器、反应釜、坩埚、漏板、齿轮、活塞、连杆、模具等零部件材料。

Description

一种高温合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种镍基多元高温合金及其制备方法，属于高温合金材料。
背景技术
由于航空、航天、军工等工业发展需要高强度、耐高温、耐腐蚀的零件、部件等，要求镍基高温合金、铁基高温合金具有：(1)足够的化学稳定性；(2)优异的综合高温力学性能；(3)良好的制造加工性能；(4)适当的经济可行性。并且随着镍基高温合金应用领域的扩大，耐热性、耐蚀性等问题，也成为日益活跃的国内外研究课题。各国开展对新型多相镍基高温合金的研究，也为高温合金的发展研究，提供了新的研究思路和可应用的研究手段。
高温合金是以第VIIIA族金属(铁、钴、镍)为基的具有高的室温和高温强度的合金。从高温合金的产生和发展至今已经历了60多年。推动其发展的动力是航空和航天工业燃汽轮机对耐热合金的需求。高温合金的发展也带动了合金化学及合金加工技术的进步。镍基高温合金具有更高的高温强度，它们是在Cr20Ni80合金的基础上发展起来的，通常以Cr、Mo、Co、Ti、Al等合金元素来进行强化；Cr、Mo、Co等元素的主要作用是强化镍基固溶体，提高基体的再结晶温度，以降低基体中原子的扩散速度。Ti、Al的作用在于形成Ni3(AlTi)-γ′强化相，它具有面心立方结构，析出时与基体共格，聚集长大的速度很小，具有良好的强化效果。近年来随着现代粉末冶金加工技术的应用和喷射成形多元多相弥散强化合金的出现，高温合金在接近材料熔点温度的同时，仍能保持高的持久强度，而普通靠γ′相或(α+γ′)相强化的高温合金只能在低温(600℃～800℃)、中温(800℃～1000℃)使用。采用多元多相弥散强化的高温合金是目前使用温度最高的合金，如美国的IN738合金等。目前，美国、日本、德国、英国、法国等国家均投入大量的人力、物力进行研究和开发。国内主要有北京航空材料研究院、北京钢铁研究总院、中国科学院金属研究所、昆明贵金属研究所等单位从事镍基高温合金的研究开发，但是大多数成果均为航空、航天和军工服务，而为民用工业的较少。
喷射成形技术是由英国Swansea大学的Singer A R E教授于1969年提出的，经过以Osprey Metal s Ltd.公司为代表的研究与开发机构的不懈努力，其工艺技术与基础理论已基本成熟，在国外已实现该技术的产业化应用。该技术的优点在于把金属熔体的雾化与沉积凝固成形一次完成，可直接从液态金属强制均匀凝固制备具有快速凝固组织特征、整体致密、接近零件实际形状的高性能材料。
发明内容
通过改变喷嘴雾化液滴与沉积器的相对位置和沉积器的运动形式，可制备锭、板、管等不同形状构件的半成品，具有沉积效率高、构件致密度高、弥散强化相可达到纳米级、可批量化生产等特点，也是一种比较经济的构件成形加工技术；它的短流程、高凝固沉积效率，可以制备形状复杂的近终成形材料，实现合金均匀凝固、短流程、近终成形等，使材料具有比常规熔铸法、粉末冶金法等材料具有更高的塑性和强度，生产成本也大幅度降低。因此，设计多元系合金组成，采用喷射成形技术和设备，短流程、近终成形制备新型高温合金，具有重要意义。
本发明的镍基多元高温合金，其化学成份(重量％)为：1.0～30.0Cr，1.0～30.0Co，1.0～10.0Mo，1.0～5.0W，1.0～5.0Al，1.0～5.0Sm，1.0～5.0Gd，1.0～5.0Er，余量为Ni。
镍基多元系高温合金材料的制备方法，其特征在于依序包括下列工艺步骤：
(1)选择纯度＞99.95％的高温合金原材料，根据合金化学成分设计配方要求，在喷射成形真空中频熔炼炉内合金化，真空度大于1×10-2Pa；
(2)待熔体过热温度达到200℃～300℃后，进行喷射成形，喷射距离为300mm～400mm，雾化气体压力为0.8MPa～2.0MPa，导流管直径为Φ4mm～Φ5mm，沉积盘转速为10rpm～40rpm；
(3)锭坯重量为30Kg～40Kg，合金相对密度大于96％；
(4)喷射成形锭坯的形状：圆柱状等；
(5)最终制备得NiCrCoMoWAlSmGdEr多元系高温合金材料。
具体实施方式
本发明的镍基多元高温合金，其化学成份(重量％)为：1.0～30.0Cr，1.0～30.0Co，1.0～10.0Mo，1.0～5.0W，1.0～5.0Al，1.0～5.0Sm，1.0～5.0Gd，1.0～5.0Er，余量为Ni。
镍基多元系高温合金材料的制备方法，其特征在于依序包括下列工艺步骤：
(1)选择纯度＞99.95％的高温合金原材料，根据合金化学成分设计配方要求，在喷射成形真空中频熔炼炉内合金化，真空度大于1×10-2Pa；
(2)待熔体过热温度达到200℃～300℃后，进行喷射成形，喷射距离为300mm～400mm，雾化气体压力为0.8MPa～2.0MPa，导流管直径为Φ4mm～Φ5mm，沉积盘转速为10rpm～40rpm；
(3)锭坯重量为30Kg～40Kg，合金相对密度大于96％；
(4)喷射成形锭坯的形状：圆柱状等；
(5)最终制备得NiCrCoMoWAlSmGdEr多元系高温合金材料。
本发明的多元系镍基高温合金材料具体实施列为：材料的物理、力学性能及熔化温度范围如表1所示。
表1.多元系镍基高温合金技术性能指标
Figure GA20186953200810233688201D00031

Claims (4)

1.一种镍基高温合金材料，其特征在于其化学成份的重量百分比为：1.0～30.0Cr，1.0～30.0Co，1.0～10.0Mo，1.0～5.0W，1.0～5.0Al，1.0～5.0Sm，1.0～5.0Gd，1.0～5.0Er，余量为Ni。
2.一种镍基高温合金的制备方法，其特征在于依序包括下列工艺步骤：
(1)选择纯度大于99.95％的高温合金原材料，根据合金化学成分的重量百分比为：1.0～30.0Cr，1.0～30.0Co，1.0～10.0Mo，1.0～5.0W，1.0～5.0Al，1.0～5.0Sm，1.0～5.0Gd，1.0～5.0Er，余量为Ni，配制后，在喷射成形真空中频熔炼炉内合金化；
(2)待熔体过热温度达到200℃～300℃后，进行喷射成形；
(3)锭坯重量为30Kg～40Kg，合金相对密度大于96％；
(4)喷射成形锭坯的形状：圆柱状或其它形状；
(5)最终制备得NiCrCoMoWAlSmGdEr多元系高温合金材料。
3.如权利要求2所述的镍基高温合金的制备方法，其特征在于所述的喷射成形真空中频熔炼炉内的真空度大于1×10-2Pa。
4.如权利要求2所述的镍基高温合金的制备方法，其特征在于所述的喷射成形时，喷射距离为300mm～400mm，雾化气体压力为0.8MPa～2.0MPa，导流管直径为Φ4mm～Φ5mm，沉积盘转速为10rpm～40rpm。
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