CN103074526A - 一种Ni基合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种Ni基合金材料及其制备方法，涉及高温材料领域。所述材料为：C0.02-0.03%，Cr18-19%，Co12-13%，Nb4.5-4.8%，Mo3.2-3.3%，Al0.4-0.6%，Ti0.8-1.2%，Ta2.5-3.0%，B0.008-0.011%，余为Ni。其制备方法：配料、冶炼、浇铸得合金锭；将合金锭升温至1135-1145℃，保温、空冷；升温至1085-1095℃，保温、空冷；升温至940-960℃，保温、空冷；升温至820-840℃，保温、随炉冷却；升温至745-765℃，保温、空冷。本发明材料具有较长的高温持久寿命和良好的高温机械性能。

Description

一种Ni基合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及航空、航天、军工、热电厂等使用的发动机、燃气轮机等高温材料领域，具体涉及一种Ni基合金材料及其制备方法。

背景技术

Rene’220合金是美国在Ni-Cr-Fe基合金Inconel718基础上研制的的一种Ni-Cr-Co基耐高温合金，与Inconel718相比，Rene’220合金中用Co代替Fe，增加了Ta含量。由于新合金中去掉了Fe，降低了有害相Laves的影响。而且用Co代替Fe后，合金的持久寿命得以很大提高。Ta的增加使合金在时效中形成大量的析出强化相，弥补了由于去掉Fe而带来的强度损失。Rene’220合金的成分设计增加了强化相γ”的稳定性，承受高温能力提高了50℃，同时保持了与Inconel718同样优秀的铸造工艺和焊接工艺性能。

但是，现有Rene’220合金的高温持久寿命及高温机械性能，并不能完全满足航空、航天、军工、热电厂等使用的发动机、燃气轮机的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种Ni基合金材料。

本发明的另一目的是提供Ni基合金材料的制备方法，采用该方法制备的Ni基合金材料组织中γ” 和γ’相数量多且尺寸适中，分布均匀，γ”没有异常长大的现象，具有较长的高温持久寿命和良好的高温机械性能。

一种Ni基合金材料，按照重量百分含量由下列物质组成： C 0.02-0.03%，Cr 18-19%，Co 12-13%，Nb 4.5-4.8%，Mo 3.2-3.3%，Al 0.4-0.6%，Ti 0.8-1.2%，Ta 2.5-3.0%，B  0.008-0.011%，余为Ni。

一种所述Ni基合金材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）按照合金材料的组成配料；

（2）将配好的料放入真空感应炉中冶炼得到合金液，浇铸后得到合金锭；

（3）将合金锭加热升温至1135-1145℃，保温3.5-4.5小时，空冷；将合金锭加热升温至1085-1095℃，保温1-1.5小时，空冷；将合金锭加热升温至940－960℃，保温1.5－2.5小时，空冷；将合金锭加热升温至820-840℃，保温3.5-4.5小时，随炉冷却；将合金锭加热升温至745－765℃，保温9-11小时，空冷后得到所述Ni基合金材料。 

有益效果：

采用本发明方法制备的合金材料，其组织中γ”相尺寸适中，分布均匀，γ’相数量多，具有较长的高温持久寿命和良好的高温机械性能。

在第二段时效处理中，升温至745-765℃，保温9-11小时, 因为这个温度段处于γ’析出的C曲线鼻点，γ’相在枝晶间和枝晶干上充分析出，而已经在上一段时效中析出的γ”尺寸稍微长大且不会发生过时效，γ”最终的尺寸适中，没有生成和周围尺寸不匹配的大的γ”。组织同时具有高的强度和好的塑性，高温持久寿命最高，如700℃保温620MPa高温持久寿命最高可达约110小时。

附图及简单说明

图1合金材料1的透射电镜图。

图2为合金材料4的扫描电镜图。

具体实施方式

实施例1

配方1的成分及其重量百分含量：C 0.03%，Cr 18.8%，Co 12%，Nb 4.5 %，Mo 3.2%，Al 0.5%，Ti 1.0 %， Ta 3.0%，B  0.008%，余为Ni。

按照配方1配料，放入真空感应炉中冶炼得到合金液。将合金液在浇铸温度为1390℃，模温960℃条件下浇铸，约在10分钟内冷却至室温，得到合金锭。

将合金锭依次进行如下的处理：

前期处理：将合金锭置于热处理炉中，加热升温至 1140℃,保温4小时，取出空冷；将合金锭置于热处理炉中，加热升温至 1090℃,保温1小时，取出空冷；

中间处理：将合金锭置于热处理炉中，加热升温至 950℃，保温2小时，取出空冷；

第一段时效处理：将合金锭置于热处理炉中，加热升温至830℃，保温4小时，随炉冷却；

第二段时效处理：将合金锭加热升温至760℃，保温10小时，取出空冷后得到合金材料1。

合金材料1电镜图如图1所示，可以看到合金材料1的组织中γ” 和γ’同时大量析出，并且γ” 和γ’相间分布，γ”相分布均匀尺寸适中，说明合金材料1具有良好的高温机械性能。合金材料1在620MPa，700℃条件下，高温持久寿命可达约110小时。

实施例2

配方2的成分及其重量百分含量：C 0.03%，Cr 18.8%，Co 12%，Nb 4.5%，Mo 3.2%，Al 0.5%，Ti 1.0 %，Ta 3.0%， B  0.010%，余为Ni。

按照配方1配料，放入真空感应炉中冶炼得到合金液。将合金液在浇铸温度为1390℃，模温960℃条件下浇铸，约在10分钟内冷却至室温，得到合金锭。

将合金锭依次进行如下的处理：

前期处理：将合金锭置于热处理炉中，加热升温至1140℃，保温4小时，取出空冷；将合金锭置于热处理炉中，加热升温至 1090℃，保温1小时，取出空冷；

中间处理：将合金锭置于热处理炉中，加热升温至950℃，保温2小时，取出空冷；

第一段时效处理：将合金锭置于热处理炉中，加热升温至830℃，保温4小时，随炉冷却；

第二段时效处理：将合金锭加热升温至750℃，保温10小时，取出空冷后得到合金材料2。对合金材料2进行电镜观察，发现组织中组织中γ” 和γ’同时大量析出，γ”相的大小和分布都很均匀的，有良好的高温机械性能。。

合金材料2在620MPa，700℃条件下，高温持久寿命可达约108小时。

实施例3

配方3的成分及其重量百分含量：C 0.03%，Cr 18.8%，Co 12%，Nb4.8%，Mo 3.2%，Al 0.5%，Ti 1.0%， Ta 2.5%， B  0.011%，余为Ni。

按照配方1配料，放入真空感应炉中冶炼得到合金液。将合金液在浇铸温度为1390℃，模温960℃条件下浇铸，约在10分钟内冷却至室温，得到合金锭。

将合金锭依次进行如下的处理：

前期处理：将合金锭置于热处理炉中，加热升温至 1140℃，保温4小时，取出空冷；将合金锭置于热处理炉中，加热升温至1090℃，保温1小时，取出空冷；

中间处理：将合金锭置于热处理炉中，加热升温至950℃，保温2小时，取出空冷；

第一段时效处理：将合金锭置于热处理炉中，加热升温至830℃，保温4小时，随炉冷却；

第二段时效处理：将合金锭加热升温至765℃，保温10小时，取出空冷后得到合金材料3。

合金材料3组织中组织中γ” 和γ’同时大量析出，γ”相的大小和分布都很均匀的，有良好的高温机械性能。合金材料3在620MPa，700℃条件下，高温持久寿命可达约109小时。

实施例4

配方4的成分及其重量百分含量：C 0.03%，Cr 18.8%，Co 12%，Nb4.6%，Mo 3.2%，Al 0.5%，Ti 1.0 %，Ta 2.5%， B  0.011，余为Ni。

按照配方4配料，放入真空感应炉中冶炼得到合金液。将合金液在浇铸温度为1390℃，模温960℃条件下浇铸，约在10分钟内冷却至室温，得到合金锭。

将合金锭依次进行如下的处理：

前期处理：将合金锭置于热处理炉中，加热升温至 1140℃，保温4小时，取出空冷；将合金锭置于热处理炉中，加热升温至1090℃，保温1小时，取出空冷；

中间处理：将合金锭置于热处理炉中，加热升温至950℃，保温2小时，取出空冷；

第一段时效处理：将合金锭置于热处理炉中，加热升温至830℃，保温4小时，随炉冷却；

第二段时效处理：将合金锭加热升温至780℃，保温10小时，取出空冷后得到合金材料4。

合金材料4的电镜图如图2所示，可以看到合金材料4的组织中出现过分长大的γ”相，这些组织会造成机械性能的恶化，高温持久寿命几乎为0。

Claims (2)

1.一种Ni基合金材料，按照重量百分含量由下列物质组成： C 0.02-0.03%，Cr 18-19%，Co 12-13%，Nb 4.5-4.8%，Mo 3.2-3.3%，Al 0.4-0.6%，Ti 0.8-1.2%，Ta 2.5-3.0%，B  0.008-0.011%，余为Ni。

2.一种权利要求1所述Ni基合金材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）按照合金材料的组成配料；

（2）将配好的料放入真空感应炉中冶炼得到合金液，浇铸后得到合金锭；

（3）将合金锭加热升温至1135-1145℃，保温3.5-4.5小时，空冷；将合金锭加热升温至1085-1095℃，保温1-1.5小时，空冷；将合金锭加热升温至940－960℃，保温1.5－2.5小时，空冷；将合金锭加热升温至820-840℃，保温3.5-4.5小时，随炉冷却；将合金锭加热升温至745－765℃，保温9-11小时，空冷后得到所述Ni基合金材料。

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