CN101586202A

CN101586202A - 一种高温合金材料及其制备方法

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Publication number: CN101586202A
Application number: CNA2009100996558A
Authority: CN
Inventors: 袁书强; 张贵才; 易更; 陈洲游
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2029-06-15
Also published as: CN101586202B

Abstract

本发明公开了一种高温合金材料及其制备方法，特点是选择下列元素按以下重量百分比配料：铌为0～0.68％、钼为0～2.2％、碳为0.10％～0.14％、铌铁+钼铁为1％～7％、钛为0.7％～0.9％、锆为0.10％～0.13％，余为镍，并按以下的装料顺序均匀地分层装入坩埚：Ni→Nb→Nb－Fe→Mo→Mo－Fe→Ni→C→Ti→Zr→C→Ti→Zr→Cr→Al→Ni，其中Ni的三次加入比例为2∶1∶2、C的两次加入比例为2∶1，Ti的两次加入比例为1∶1，Zr的两次加入比例为1.5∶1，之后按常规的方法进行熔炼，在合金熔炼过程中不进行配碳操作，优点在于采用钼铁、铌铁等合金原材料替代纯金属进行高温合金母材的熔炼，在保证材料具有较高的高温力学性能的同时最多可使生产成本降低13％左右，并可解决采用脱氧配碳工艺所产生的能源损耗问题。

Description

一种高温合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种合金材料，尤其是涉及一种应用于涡轮增压器叶片的高温合金材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着我国对环保的要求，欧IV标准在汽车工业领域逐步得以实施，涡轮增压器在汽车发动机上的应用不断增加，年需求量在500万套以上。而涡轮增压器叶片主要采用K418、K213等高温合金制造，可是这些高温合金通常是由多种合金元素组成且制造工艺非常复杂的材料，在材料制备过程中必须严格控制杂质元素含量及冶炼和铸造过程，才能达到要求。由于涡轮增压器叶片一般是在高温(800℃左右)、高速及腐蚀性很强的燃气介质中工作的，环境十分恶劣，这就要求高温合金材料具有较好的耐高温、抗腐蚀性能，因此必须保证其具有一定的化学成分纯净度及合适的组织结构。目前高温合金所需要的Ni、Mo、Nb、Cr、Al等合金元素基本上全部使用纯净的单质材料，然而在国内市场上，由于纯镍、纯钼和纯铌的价格居高不下，因此造成了涡轮增压器叶片的制造成本较高。而目前的高温合金的熔炼主要采用电弧炉、非真空感应炉、电弧炉+电渣炉重熔、电弧炉+真空电弧炉重熔、非真空感应炉+电渣炉重熔、真空感应炉+真空电弧炉重熔、真空感应炉+电渣炉重熔等熔炼工艺路线，而高温合金在熔炼过程中对氧及碳化物比较敏感，因而其熔炼工艺及脱氧配碳工艺过程也比较严谨。传统的熔炼的过程中，装料顺序是先在坩埚底部放置一部分Ni块(基体金属)均匀铺底，然后按以下顺序依次加入Nb→Mo→Ni→Ti→Zr→Cr→Al→Ni，并需要在熔炼过程中在不同的温度条件下进行多次配碳，这不仅增加了熔炼时间和工序步骤，在配碳的过程中还会存在不同程度的热损失，也会加大能源的损耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本较低的应用于涡轮增压器叶片的高温合金材料，并且提供一种备方法，不仅能够有效地制备出合格的材料，而且能够减少能源的损耗。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高温合金材料，由下列元素按以下重量百分比组成：

铌为0～0.68％、钼为0～2.2％、碳为0.10％～0.14％、铌铁+钼铁为1％～7％、钛为0.7％～0.9％、锆为0.10％～0.13％，余为镍。

铌铁和钼铁二者的比刚为1∶1.4～1∶2。

上述高温合金材料的制备方法，选择下列元素按以下重量百分比配料：铌为0～0.68％、钼为0～2.2％、碳为0.10％～0.14％、铌铁+钼铁为1％～7％、钛为0.7％～0.9％、锆为0.10％～0.13％，余为镍，并按以下的装料顺序均匀地分层装入坩埚：Ni→Nb→Nb-Fe→Mo→Mo-Fe→Ni→C→Ti→Zr→C→Ti→Zr→Cr→Al→Ni，其中Ni的三次加入比例为2∶1∶2、C的两次加入比例为2∶1，Ti的两次加入比例为1∶1，Zr的两次加入比例为1.5∶1，之后按常规的方法进行熔炼，在合金熔炼过程中不进行配碳操作。

与现有技术相比，本发明的优点在于采用钼铁、铌铁等合金原材料替代纯金属进行高温合金母材的熔炼，在成分符合国标的基础上满足了其使用要求，并在保证材料具有较高的高温力学性能的同时使成本有了一定幅度的降低，如目前采用纯金属原材料熔炼高温合金材料的生产成本为302.82元/Kg，而采用本发明的原料制备熔炼高温合金材料，最多可使生产成本降低13％左右；此外，根据设计对原材料进行合理的配比和装料，同时采用一次配碳工艺，解决了合金原材料进行熔炼时采用脱氧配碳工艺所产生的能源损耗问题。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：选择下列元素按以下重量百分比配料：C0.12％、Cr12.5％、Mo4.3％、Al6.2％、Ti0.8％、Nb2.3、B0.018％、Zr0.10％、钼铁+铌铁1.54％，余Ni，铌铁和铝铁二者的比例为1∶1.4，按以下的装料顺序均匀地分层装入坩埚：Ni→Nb→Nb-Fe→Mo→Mo-Fe→Ni→C→Ti→Zr→C→Ti→Zr→Cr→Al→Ni，其中Ni的三次加入比例为2∶1∶2、C的两次加入比例为2∶1，Ti的两次加入比例为1∶1，Zr的两次加入比例为1.5∶1，之后按常规的方法进行熔炼，在合金熔炼过程中不进行配碳操作。熔炼后高温拉伸性能Rm855MPa～900MPa、A5.0％、Z≥6.0％，[O]含量0.0025％～0.0033％，[H]含量≤0.00019％，生产成本为293.44元/Kg。

实施例二：设计成分为C0.10％、Cr12.2％、Mo4.3％、Al6.2％、Ti0.8％、Nb2.3、B0.018％、Zr0.10％、钼铁+铌铁3.69％，余Ni，铌铁和钼铁二者的比例为1∶1.7，按以下的装料顺序均匀地分层装入坩埚：Ni→Nb→Nb-Fe→Mo→Mo-Fe→Ni→C→Ti→Zr→C→Ti→Zr→Cr→Al→Ni，其中Ni的三次加入比例为2∶1∶2、C的两次加入比例为2∶1，Ti的两次加入比例为1∶1，Zr的两次加入比例为1.5∶1，之后按常规的方法进行熔炼，在合金熔炼过程中不进行配碳操作。熔炼后高温拉伸性能Rm920MPa～945MPa、A5.0％～6.0％、Z≥6.0％，[O]含量0.0025％～0.0033％，[H]含量≤0.00019％，生产成本为266.13元/Kg。

实施例三：设计成分为C0.12％、Cr12.5％、Mo4.3％、Al6.2％、Ti0.8％、Nb2.3、B0.018％、Zr0.10％、钼铁+铌铁6.74％，余Ni，铌铁和钼铁二者的比例为1∶2，按以下的装料顺序均匀地分层装入坩埚：Ni→Nb→Nb-Fe→Mo→Mo-Fe→Ni→C→Ti→Zr→C→Ti→Zr→Cr→Al→Ni，其中Ni的三次加入比例为2∶1∶2、C的两次加入比例为2∶1，Ti的两次加入比例为1∶1，Zr的两次加入比例为1.5∶1，之后按常规的方法进行熔炼，在合金熔炼过程中不进行配碳操作。熔炼后高温拉伸性能Rm880MPa～915MPa、A5.0％～6.5％、Z≥6.0％，[O]含量0.0025％～0.0033％，[H]含量≤0.00019％，生产成本为269.05元/Kg。

Claims

1、一种高温合金材料，其特征在于由下列元素按以下重量百分比组成：

2、如权利要求1所述的一种高温合金材料，其特征在于：铌铁和钼铁二者的比例为1∶1.4～1∶2。

3、一种高温合金材料的制备方法，其特征在于选择下列元素按以下重量百分比配料：铌为0～0.68％、钼为0～2.2％、碳为0.10％～0.14％、铌铁+钼铁为1％～7％、钛为0.7％～0.9％、锆为0.10％～0.13％，余为镍，并按以下的装料顺序均匀地分层装入坩埚：Ni→Nb→Nb-Fe→Mo→Mo-Fe→Ni→C→Ti→Zr→C→Ti→Zr→Cr→Al→Ni，其中Ni的三次加入比例为2∶1∶2、C的两次加入比例为2∶1，Ti的两次加入比例为1∶1，Zr的两次加入比例为1.5∶1，之后按常规的方法进行熔炼，在合金熔炼过程中不进行配碳操作。

4、如权利要求3所述的一种高温合金材料，其特征在于：铌铁和钼铁二者的比例为1∶1.4～1∶2。