CN101525707B - 一种镍基单晶高温合金中减小tcp相析出倾向的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镍基单晶高温合金中减小TCP相析出倾向的方法，包括：镍基单晶高温合金A，其成分包括有：5.5～6.5wt％的Al，1.5～2.5wt％的W，2.5～3.5wt％的Re，2.5～3.5wt％的Mo，5.5～6.5wt％的Cr，3.5～4.5wt％的Co，0.35～0.45wt％的Ti，0.05～0.15wt％的Hf，0.5～1.5wt％的Nb，5.5～6.5wt％的Ta，其余为Ni。在合金A中加入微量元素碳、硼后，得到镍基单晶高温改性合金Mod A1和Mod A2，改性后的合金在高温服役时TCP相的析出被大大抑制了。微量碳、硼元素加入到单晶高温合金A中有效地降低了TCP相的析出倾向，改性合金Mod A1和Mod A2可使用于高性能长寿命航空发动机涡轮叶片材料。
Description
技术领域
本发明属镍基单晶高温合金的改性制备领域，特别是涉及一种镍基单晶高温合金中减小TCP相析出倾向的方法。
背景技术
镍基单晶高温合金具有优异的高温抗蠕变性能，是目前制造航空发动机涡轮叶片的主要材料。在很大程度上，飞机性能的改善受飞机发动机材料的制约，特别是发动机单晶叶片材料。由于化学成分不均匀，单晶高温合金材料在使用过程中往往会析出TCP脆性相，它是一种非常有害的脆硬相，会导致单晶叶片材料发生脆断而失效。TCP相是拓扑密排相，它的一种最典型的脆性相是σ相，成片状或针状，易在晶界碳化物上成核，又能直接穿过γ′相而长大，并能从基体γ相中吸收固溶元素而使基体软化，并使断裂沿着片状相发生，导致脆断。
本发明是提供一种减小镍基单晶高温合金中TCP脆性相析出倾向的方法。
发明内容
本发明的一种镍基单晶高温合金中减小TCP相析出倾向的方法，包括：
(1)镍基单晶高温合金A，其化学成分为：Al 6.2wt％，W 1.9wt％，Re 3.0wt％，Mo3.3wt％，Cr 6.0wt％，Co 4.0wt％，Ti 0.4wt％，Hf 0.10wt％，Nb 0.8wt％，Ta 5.95wt％，其余为Ni。固溶处理条件为1320℃/6h，时效处理方式为1140℃/2h+870℃/16h；
(2)将上述合金A加入微量元素碳、硼后，得到镍基单晶高温改性合金Mod A1，其化学成分为：Al 6.2wt％，W 1.9wt％，Re 3.0wt％，Mo 3.3wt％，Cr 6.0wt％，Co 4.0wt％，Ti 0.4wt％，Hf 0.10wt％，Nb 0.8wt％，Ta 5.95wt％，C 0.05wt％，B 0.004wt％，其余为Ni。固溶处理条件为1308℃/6h，时效处理方式为1140℃/2h+870℃/16h；
(3)将上述合金A加入微量元素碳、硼后，得到镍基单晶高温改性合金ModA2，其化学成分为：Al 6.2wt％，W 1.9wt％，Re 3.0wt％，Mo 3.3wt％，Cr 6.0wt％，Co 4.0wt％，Ti 0.4wt％，Hf 0.10wt％，Nb 0.8wt％，Ta 5.95wt％，C 0.10wt％，B 0.010wt％，其余为Ni。固溶处理条件为1295℃/6h，时效处理方式为1140℃/2h+870℃/16h；
(4)将三种合金的试样置于950℃下5～500小时，然后水淬，进行镜检分析。
在镍基单晶合金A中，σ相的析出开始于枝干区域，而在其改性合金Mod A1和Mod A2中，σ相却最初出现于枝间区域。改性合金Mod A1和Mod A2中，因为在枝间区域较早形成了M23C6碳化物而使σ相的析出被延迟了。由于σ相的形成需要Re、Cr、Mo、Co等元素，而较早形成的M23C6却由于吸收了这些元素而减小了σ相的析出倾向，因而对镍基单晶高温合金材料性能的改善有很好的帮助，可使用于高性能长寿命航空发动机涡轮叶片材料。
附图说明
图1为原合金A和改性合金ModA1中枝干和枝间区域的低倍形貌图；
图2为原合金A置于950℃、5～500小时下σ相转变的进展情况；
图3为两种改性合金Mod A1和Mod A2中置于950℃下σ相析出时的显微结构图；
具体实施方式
下面通过一个具体的实例对本发明作进一步的说明。
实施例1
(1)合金的制备
采用真空感应炉熔炼符合要求的母合金(温度为1600℃，时间为30分钟)，然后在高温梯度定向凝固炉中生长单晶(生长速度为6mm/min)，利用螺旋选晶法制成<001>取向的单晶试棒。
在本发明中，对于合金的熔炼铸棒采用了常规的方法，故不在此处详细说明。
(2)合金的成分
合金A，其成分为：Al 6.2wt％，W 1.9wt％，Re 3.0wt％，Mo 3.3wt％，Cr 6.0wt％，Co4.0wt％，Ti 0.4wt％，Hf0.10wt％，Nb 0.8wt％，Ta 5.95wt％，其余为Ni；
改性合金Mod A1，其成分为：Al 6.2wt％，W 1.9wt％，Re 3.0wt％，Mo 3.3wt％，Cr 6.0wt％，Co 4.0wt％，Ti 0.4wt％，Hf 0.10wt％，Nb 0.8wt％，Ta 5.95wt％，C 0.05wt％，B 0.004wt％，其余为Ni；
改性合金Mod A2，其成分为：Al 6.2wt％，W 1.9wt％，Re 3.0wt％，Mo 3.3wt％，Cr6.0wt％，Co 4.0wt％，Ti 0.4wt％，Hf 0.10wt％，Nb 0.8wt％，Ta 5.95wt％，C 0.10wt％，B0.010wt％，其余为Ni。
(3)合金的热处理条件
合金A：固溶处理条件为1320℃/6h，时效处理方式为1140℃/2h+870℃/16h；
改性合金Mod A1：固溶处理条件为1308℃/6h，时效处理方式为1140℃/2h+870℃/16h；
改性合金Mod A2：固溶处理条件为1295℃/6h，时效处理方式为1140℃/2h+870℃/16h。
(4)合金试样的检测
将三种合金的试样置于950℃下5～500小时，然后水淬，进行镜检分析。
图1(a)、(b)分别为原合金A与改性合金ModA1中枝干和枝间区域的低倍形貌图，可以看到在改性合金Mod A1中的碳化物与σ相一样，都是形成于枝间区域。图2为原合金A置于950℃、5～500小时下，σ相析出的情况(a：10h，b：25h，c：50h，d：100h，e：300，f：500h)，可以看到，随着时间增加，σ相析出的更加广泛，而且当时间为300小时的时候，板状σ相有所增加。图3表示在改性合金Mod A1和Mod A2中σ相的析出情况，可以看到σ相总是形成于金属碳化物上面。在TEM下利用EDX测得的M23C6的成分，可以看出其主要成分为Cr，然后是Re、Mo、Co等，这些元素也是σ相的主要成分，因此，对σ相析出有帮助的元素同样也有益于M23C6碳化物的析出。在950℃条件下，微量碳、硼元素加入到单晶高温合金A中有效地降低了TCP相从该合金中的析出倾向，在改性合金Mod A1和Mod A2中TCP相析出倾向得到了减小。
Claims (1)
1.一种镍基单晶高温合金中减小TCP相析出倾向的方法，包括：镍基单晶高温合金A，其化学成分包括有：5.5～6.5wt％的Al，1.5～2.5wt％的W，2.5～3.5wt％的Re，2.5～3.5wt％的Mo，5.5～6.5wt％的Cr，3.5～4.5wt％的Co，0.35～0.45wt％的Ti，0.05～0.15wt％的Hf，0.5～1.5wt％的Nb，5.5～6.5wt％的Ta，其余为Ni；
其特征在于：将上述合金A加入微量元素碳、硼后，得到改性合金Mod A1，其化学成分包括有：5.5～6.5wt％的Al，1.5～2.5wt％的W，2.5～3.5wt％的Re，2.5～3.5wt％的Mo，5.5～6.5wt％的Cr，3.5～4.5wt％的Co，0.35～0.45wt％的Ti，0.10～0.20wt％的Hf，0.5～1.5wt％的Nb，5.5～6.5wt％的Ta，0.05wt％的C，0.004wt％的B，其余为Ni；
或将上述合金A加入微量元素碳、硼后，得到改性合金Mod A2，其化学成分包括有：5.5～6.5wt％的Al，1.5～2.5wt％的W，2.5～3.5wt％的Re，2.5～3.5wt％的Mo，5.5～6.5wt％的Cr，3.5～4.5wt％的Co，0.35～0.45wt％的Ti，0.10～0.20wt％的Hf，0.5～1.5wt％的Nb，5.5～6.5wt％的Ta，0.10wt％的C，0.010wt％的B，其余为Ni。
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