CN105132751B - 一种Ni‑Cr‑Al‑Fe系高温合金材料、其制备方法及应用 - Google Patents

一种Ni‑Cr‑Al‑Fe系高温合金材料、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Ni‑Cr‑Al‑Fe系高温合金材料、其制备方法及应用，该合金能够作为制造工业加热、燃气轮机部件等的高温合金材料，满足高温等复杂工作环境下的使用要求。本发明合金材料的抗拉强度Rm达到960Mpa以上，屈服强度RP0.2达565Mpa以上，伸长率A达到36%以上，具有较高的抗拉强度、伸长率和较好的屈服强度，能够满足燃气轮机的应用需求，有利于大幅提升燃气轮机的功率。本发明的性能显著优于现有普通高温合金材料，能够满足高温等复杂工作环境的使用要求，对于提升燃气轮机的功率，具有重要的意义，值得大规模推广和应用。

Description

一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金材料、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及材料领域，尤其是高温合金领域，具体为一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金材料、其制备方法及应用。本发明能够用作制造工业加热及燃气轮机部件的高温合金材料，具有较好的应用前景。
背景技术
高温合金作为军民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料，其对于航空发动机和工业燃气轮机等的发展起着重要作用。目前，随着工业燃气轮机功率的不断提高，对于高性能高温合金材料的需求亦随之增加。
因此，提供一种新的、能用于燃气轮机部件的高温合金材料，成为迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金材料、其制备方法及应用，该合金能够作为制造工业加热、燃气轮机部件等的高温合金材料，满足高温等复杂工作环境下的使用要求。本发明合金材料的抗拉强度Rm达到960Mpa以上，屈服强度RP0.2达565Mpa以上，伸长率A达到36％以上，具有较高的抗拉强度、伸长率和较好的屈服强度，能够满足燃气轮机的应用需求，有利于大幅提升燃气轮机的功率。本发明的性能显著优于现有普通高温合金材料，能够满足高温等复杂工作环境的使用要求，对于提升燃气轮机的功率，具有重要的意义，值得大规模推广和应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金材料，包括如下重量百分比的组分：
余量为Ni及不可避免的杂质。
包括如下重量百分比的组分：
余量为Ni及不可避免的杂质。
所述杂质包括如下重量百分比的组分：P≤0.010wt％；S≤0.005wt％；Si≤0.20wt％；Zr≤0.10wt％。
所述杂质包括如下重量百分比的组分：0.001～0.010wt％的P；0.001～0.005wt％的S；0.001～0.20wt％的Si；0.001～0.10wt％的Zr。
前述Ni-Cr-Al-Fe系高温合金材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按合金材料的配比，称取原料，将原料置于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1540～1560℃，在熔炼过程中，调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，并控制杂质元素含量，最后将熔炼得到的溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤1制备的自耗电极置于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，最终重熔成电渣锭；
(3)将步骤2制备的电渣锭加热至1200～1230℃，保温20～40h，然后降温至1110～1130℃，保温2～3h后，进行锻造；锻造后空冷至室温，得锻件。
所述步骤3中，先将步骤2制备的电渣锭加热至1200～1230℃，保温24h，然后降温至1110～1130℃，保温2～3h后，进行锻造；锻造后空冷至室温，得锻件。
将制备的锻件加热至1200～1240℃进行固溶处理，保温0.8～1.5h，然后水冷至室温，即可。
将制备的锻件加热至1200～1240℃进行固溶处理，保温1.0h，然后水冷至室温，即可。
固溶处理后进行表面处理，将锻件进行表面磨光或车光处理，消除锻件表面缺陷，并使锻件的尺寸、形状、表面质量满足设计要求，得到成品钢棒。
前述Ni-Cr-Al-Fe系高温合金材料的应用，该高温合金用作制造发动机部件。
针对前述问题，本发明提供一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金材料、其制备方法及应用。对本发明的合金材料进行室温拉伸试验测定，其性能指标达到如下要求：抗拉强度Rm≥960Mpa；屈服强度RP0.2≥565Mpa；伸长率A≥36.0％。
从本发明的实施例中可以看出，实施例中高温合金的性能如下：抗拉强度Rm为968～1055Mpa；屈服强度RP0.2为570～600Mpa；伸长率A为36.2～45.2％。实施例的实验结果进一步表明，本发明高温合金材料的力学性能较好，能够满足发动机部件工作环境等高温复杂环境的使用要求，可用于制造航空用发动机部件，对于相关领域的发展，具有重要的进步意义。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
1、原料
(1)按表1的重量百分比称取原料，待用。
表1实施例1的重量百分比
2、制备
(1)将原料置于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1550℃，在熔炼过程中，熔炼过程中调节化学元素的含量。在熔炼过程中，控制杂质元素含量尽量低，熔炼完成后，将熔炼得到的溶液浇注成自耗电极。
(2)将制备的自耗电极置于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，最终重熔成电渣锭。
(3)将制备的电渣锭先加热至1200℃，保温24h，然后降温至1110～1130℃，保温2.5h，再进行锻造；锻造后空冷至室温，得锻件。
(4)将锻件进行表面处理，将锻件进行表面磨光或车光处理，消除锻件表面缺陷，并使锻件的尺寸、形状、表面质量满足设计要求，得到钢棒。
(5)将制备的锻件加热至1200℃进行固溶处理，保温1.0h，然后采用水冷快速冷却至室温，即可。
实施例2
1、原料
(1)按表2的重量百分比称取原料，待用。
表2实施例2的重量百分比
2、制备
(1)将原料置于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1540℃，在熔炼过程中，熔炼过程中调节化学元素的含量。在熔炼过程中，控制杂质元素含量尽量低，熔炼完成后，将熔炼得到的溶液浇注成自耗电极。
(2)将制备的自耗电极置于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，最终重熔成电渣锭。
(3)将制备的电渣锭先加热至1200℃，保温28h，然后降温至1110～1130℃，保温3h，再进行锻造；锻造后空冷至室温，得锻件。
(4)将锻件进行表面处理，将锻件进行表面磨光或车光处理，消除锻件表面缺陷，并使锻件的尺寸、形状、表面质量满足设计要求，得到钢棒。
(5)将制备的锻件加热至1220℃进行固溶处理，保温0.8h，然后采用水冷快速冷却至室温，即可。
实施例3
1、原料
(1)按表3的重量百分比称取原料，待用。
表3实施例3的重量百分比
2、制备
(1)将原料置于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1555℃，在熔炼过程中，熔炼过程中调节化学元素的含量。在熔炼过程中，控制杂质元素含量尽量低，熔炼完成后，将熔炼得到的溶液浇注成自耗电极。
(2)将制备的自耗电极置于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，最终重熔成电渣锭。
(3)将制备的电渣锭先加热至1220℃，保温22h，然后降温至1110～1130℃，保温2.5h，再进行锻造；锻造后空冷至室温，得锻件。
(4)将锻件进行表面处理，将锻件进行表面磨光或车光处理，消除锻件表面缺陷，并使锻件的尺寸、形状、表面质量满足设计要求，得到钢棒。
(5)将制备的锻件加热至1240℃进行固溶处理，保温0.9h，然后采用水冷快速冷却至室温，即可。
实施例4
1、原料
(1)按表4的重量百分比称取原料，待用。
表4实施例4的重量百分比
2、制备
(1)将原料置于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1560℃，在熔炼过程中，熔炼过程中调节化学元素的含量。在熔炼过程中，控制杂质元素含量尽量低，熔炼完成后，将熔炼得到的溶液浇注成自耗电极。
(2)将制备的自耗电极置于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，最终重熔成电渣锭。
(3)将制备的电渣锭先加热至1230℃，保温24h，然后降温至1110～1130℃，保温2h，再进行锻造；锻造后空冷至室温，得锻件。
(4)将锻件进行表面处理，将锻件进行表面磨光或车光处理，消除锻件表面缺陷，并使锻件的尺寸、形状、表面质量满足设计要求，得到钢棒。
(5)将制备的锻件加热至1220℃进行固溶处理，保温1.0h，然后采用水冷快速冷却至室温，即可。
对实施例1～4制备的产品的室温拉伸性能进行测试，测试结果如下表5所示。
表5实施例1～4的室温拉伸测定结果
对实施例1～4制备的产品在800摄氏度下的高温性能进行测试，测试结果如下表6所示。
表6实施例1～4的高温性能测定结果
温度(℃) 应力(Mpa) 试验要求(h) 检测结果(h)
实施例1 650 171 ≥100 102
实施例1 800 171 ≥100 102
实施例2 650 171 ≥100 102
实施例2 800 171 ≥100 102
实施例3 650 171 ≥100 102
实施例3 800 171 ≥100 102
实施例4 650 171 ≥100 102
实施例4 800 171 ≥100 102
实验结果表明：本发明具有较好的力学性能，能够满足高温复杂环境的连续使用要求，对于燃气轮机的制造具有重要的意义。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种能用于800℃条件下的Ni-Cr-Al-Fe系高温合金材料，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：
C 0.051~0.08%；
Cr 15.0~17.0%；
Al 4.52~5.00%；
Fe 3.01~3.20%；
Y 0.011~0.012%；
Mn 0.35~0.50%；
余量为Ni及不可避免的杂质；
所述杂质包括如下重量百分比的组分：P≤0.010wt%；S≤0.005wt%；Si≤0.20wt%；Zr≤0.10wt%；
该高温合金材料采用包括如下步骤的方法制备而成：
（1）按合金材料的配比，称取原料，将原料置于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1540~1560℃，在熔炼过程中，调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，并控制杂质元素含量，最后将熔炼得到的溶液浇注成自耗电极；
（2）将步骤1制备的自耗电极置于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，最终重熔成电渣锭；
（3）将步骤2制备的电渣锭加热至1200~1230℃，保温20~40h，然后降温至1110~1130℃，保温2~3h后，进行锻造；锻造后空冷至室温，得锻件；
其中，将制备的锻件加热至1200~1240℃进行固溶处理，保温0.8~1.5h，然后水冷至室温，即可。
2.根据权利要求1所述能用于800℃条件下的Ni-Cr-Al-Fe系高温合金材料，其特征在于，所述杂质包括如下重量百分比的组分：0.001~0.010wt% 的P；0.001~0.005wt%的 S；0.001~0.20wt% 的Si；0.001~0.10wt% 的Zr。
3.根据权利要求1~2任一项所述能用于800℃条件下的Ni-Cr-Al-Fe系高温合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按合金材料的配比，称取原料，将原料置于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1540~1560℃，在熔炼过程中，调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，并控制杂质元素含量，最后将熔炼得到的溶液浇注成自耗电极；
（2）将步骤1制备的自耗电极置于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，最终重熔成电渣锭；
（3）将步骤2制备的电渣锭加热至1200~1230℃，保温20~40h，然后降温至1110~1130℃，保温2~3h后，进行锻造；锻造后空冷至室温，得锻件；
将制备的锻件加热至1200~1240℃进行固溶处理，保温0.8~1.5h，然后水冷至室温，即可。
4.根据权利要求3所述能用于800℃条件下的Ni-Cr-Al-Fe系高温合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，先将步骤2制备的电渣锭加热至1200~1230℃，保温24h，然后降温至1110~1130℃，保温2~3h后，进行锻造；锻造后空冷至室温，得锻件。
5.根据权利要求3所述能用于800℃条件下的Ni-Cr-Al-Fe系高温合金材料的制备方法，其特征在于，将制备的锻件加热至1200~1240℃进行固溶处理，保温1.0h，然后水冷至室温，即可。
6.根据权利要求3所述能用于800℃条件下的Ni-Cr-Al-Fe系高温合金材料的制备方法，其特征在于，固溶处理后进行表面处理，将锻件进行表面磨光或车光处理，消除锻件表面缺陷，并使锻件的尺寸、形状、表面质量满足设计要求，得到成品钢棒。
7.根据权利要求1~2任一项所述能用于800℃条件下的Ni-Cr-Al-Fe系高温合金材料的应用，其特征在于，该高温合金用作制造发动机部件。
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