CN105793448A - γ/γ′硬化的钴基超合金、粉末和构件 - Google Patents

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Abstract

通过钴基超合金可实现良好的可铸造性、良好的可焊性的构件，所述构件同样能够在非常高的温度下使用。

Description

γ/γ′硬化的钴基超合金、粉末和构件
技术领域
本发明涉及一种用于高温应用的γ/γ'硬化的钴基超合金、一种粉末和一种构件。
背景技术
在存在氧的情况下、在超过1073K的温度下并且在机械应力下使用金属材料要求使用所谓的超合金。所述超合金是镍基材料，所述镍基材料的强度归因于三种强化机制的组合：混晶强化、硬质合金硬化和金属间相的沉淀。此外，使用仅具有两种强化机制的钴基合金(混晶和硬质合金硬化)。通过金属间相的沉淀硬化迄今仍不能够实现用于技术应用。
在合金的高温应用的情况下，同系温度起到重要作用。自熔点的一半以上必须考虑对耐高温性有决定性影响的扩散过程。目前在直到熔点的80％的温度下使用镍基超合金(纯镍的熔点：1718K)，因此难以实现进一步提高合金的工作温度。然而，工作温度起到重要作用，因为所述工作温度在燃气轮机领域中确定卡诺效率。另一重要的高温合金种类是传统的钴基合金(纯钴的熔点：1768K)。所述钴基合金的特征在于良好的可铸造性、可焊性和耐高温性，然而，由于缺少通过金属间相的沉淀硬化而不能够承受高的应力。
由于缺乏适合的钴基超合金，一方面在高的温度和应力下使用镍基超合金并且另一方面在非常高的温度和低的应力下使用常规的钴基合金。与镍基超合金相反，常规的钴基合金被视为更好的可铸造性和可焊性。
发明内容
因此，本发明的目的是阐明满足这些特性的钴基超合金、粉末和构件。
通过根据权利要求1的合金、根据权利要求10的粉末和根据权利要求11的构件实现该目的。
在从属权利要求中列举了其他有利的措施，所述措施能够彼此任意地组合以获得其他优点。
具体实施方式
钴基超合金是良好的可铸造的和可焊的并且在高温下具有良好的机械特性。
优选地提出，制造具有下列目标成分(以原子％表示)Co-21Ni-9W-9Al-2Ti-2Ta-6Cr的钴基超合金。
所提出的合金成分目的在于更高的工作温度和/或在相同的工作温度下更长的使用寿命。这通过将镍基超合金和常规的钴基超合金的优点进行组合以产生新种类的钴基超合金来实现。钴作为基础元素提供比镍高50K的熔点。
此外，提出下述合金成分，所述合金成分具有镍基超合金的全部三种上述强化机制进而在机械特性方面优于常规的钴基超合金。在此保留钴基超合金的与镍基超合金相比更有利的特性(可铸造性、可焊性)。因此，提出一种在新的合金种类中的高温材料，所述高温材料兼具这两种合金体系的良好的特性。
优选地，使用这样的钴基超合金用于涡轮叶片或其他燃气轮机部件或蒸汽轮机部件。
优选硼(B)和/或碳(C)用于多晶结构。
无硼(B)和/或无碳(C)的合金用于定向凝固结构(单晶的，柱状凝固)。
优选地，不需要其他元素。优选地，其他元素能够用于可铸造性和/或晶界强度。

Claims (13)

1.一种钴基超合金，
所述钴基超合金至少具有(以原子％表示):
钨(W)：8.5％-9.5％、尤其9％，
铝(Al)：8.5％-9.5％、尤其9％，
镍(Ni)：18％-23％、尤其20％-21％，
钛(Ti)：1.5％-2.5％、尤其2％，
钽(Ta)：1.5％-2.5％、尤其2％，
铬(Cr)：5％-7％、尤其6％，
可选的
铪(Hf)：0.05％-0.15％、尤其0.1％，
硼(B)：0.005％-0.015％、尤其0.01％，
碳(C)：0.05％-0.15％、尤其0.1％。
2.根据权利要求1所述的合金，
所述合金由钨(W)、铝(Al)、镍(Ni)、钛(Ti)、钽(Ta)、铬(Cr)和可选的铪(Hf)、硼(B)和/或碳(C)构成。
3.根据权利要求1所述的合金，
所述合金由钨(W)、铝(Al)、镍(Ni)、钛(Ti)、钽(Ta)、铬(Cr)、铪(Hf)、硼(B)和碳(C)构成。
4.根据权利要求1所述的合金，
所述合金由钨(W)、铝(Al)、镍(Ni)、钛(Ti)、钽(Ta)、铬(Cr)、铪(Hf)和碳(C)构成。
5.根据权利要求1所述的合金，
所述合金由钨(W)、铝(Al)、镍(Ni)、钛(Ti)、钽(Ta)、铬(Cr)和碳(C)构成。
6.根据权利要求1所述的合金，
所述合金由钨(W)、铝(Al)、镍(Ni)、钛(Ti)、钽(Ta)、铬(Cr)、铪(Hf)和硼(B)构成。
7.根据权利要求1所述的合金，
所述合金由钨(W)、铝(Al)、镍(Ni)、钛(Ti)、钽(Ta)、铬(Cr)和硼(B)构成。
8.根据权利要求1所述的合金，
所述合金由钨(W)、铝(Al)、镍(Ni)、钛(Ti)、钽(Ta)、铬(Cr)和铪(Hf)构成。
9.根据权利要求1所述的合金，
所述合金由钨(W)、铝(Al)、镍(Ni)、钛(Ti)、钽(Ta)、铬(Cr)、硼(B)和碳(C)构成。
10.一种粉末，
所述粉末具有根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的合金，
尤其由根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的合金构成。
11.一种构件，
所述构件具有根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的合金、尤其由根据权利要求10所述的粉末制成。
12.根据权利要求11所述的构件，
所述构件具有柱状结构或单晶结构、尤其具有柱状结构。
13.根据权利要求11所述的构件，
所述构件具有单晶结构。
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