CN106011505A - 一种耐高温合金材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温合金材料及制备方法，其中合金材料由Ni、C、Cr、Co、Mo、W、Al、Ti、Mn、B、Zr、Ta、Fe、S、P按照特定百分比组成，通过材料制备、真空熔炼、成分分析、浇铸、热处理等工艺流程，通过对镍基合金添加特定元素，调整强化元素的比例，制得合金材料，使合金工作温度较镍基合金高，且组织稳定、有害相少、抗氧化抗腐蚀能力大，与普通合金相比，能在较高温度与应力下工作，尤其是适合在高温场合使用。

Description

一种耐高温合金材料及制备方法

技术领域

本发明涉及合金材料制备技术领域，具体涉及一种耐高温合金材料及制备方法。

背景技术

镍具有高的化学稳定性，在500度以下几乎不发生氧化，学温下也不受温气、水及某些盐类水溶液的作用。镍在硫酸及盐酸中溶解很慢，而在硝酸中溶解很快。镍为面心立方体，组织非常稳定，从室温到高温不发生同素异型转变;这对选作基体材料十分重要。众所周知，奥氏体组织比铁素体组织具有一系列的优点。 镍具有很大的合金能力，甚至添加十余种合金元素也不出现有害相，这就为改善镍的各种性能提供潜在的可能性。 纯镍的力学性能虽不强，但塑性却极好，尤其是低温下塑性变化不大。

高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料;并具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性；基于上述性能特点，且高温合金的合金化程度较高，是广泛应用于石油、化工、舰船的一种重要材料，按基体元素来分，高温合金又分为铁基、镍基、钴基等高温合金，铁基高温合金使用温度一般只能达到750~780℃，对于在更高温度下使用的耐热部件，则采用镍基和难熔金属为基的合金。 镍基高温合金在整个高温合金领域占有特殊重要的地位，它广泛地用来制造各种工业燃气轮机最热端部件，若以150MPA-100H持久强度为标准，而目前镍合金所能承受的最高温度大于1100℃，而镍合金约为950℃，铁基的合金小于850℃,即镍基合金相应地高出150℃-250℃左右。

发明内容

一种耐高温合金材料及制备方法，其中合金材料包括以下质量百分比的成：C:0.12%-0.18%，Cr:10.5%-11.5%，Co:5%-5.5%，Mo:4%-4.5%，W:5%-5.3%，Al:5.4%-5.6%，Ti:2.5%-2.6%，Mn:0.1%-0.3%，B:0.005%-0.015%，Zr:0.04%-0.06%，Ta:0.05%-0.15%，Fe:1.5%-2.5%，S:0.005%-0.01%，P:0.01%-0.02%，余量为Ni。主要通过材料制备、真空熔炼、成分分析、浇铸、热处理等工艺流程，制得合金材料，该合金材料具有耐高温性能，且耐高温持久性更长。

一种耐高温合金材料主要制备步骤和工艺流程如下：

（1）原料制备：根据耐高温性能具体要求，按照质量百分比比例配置上述原料粉末；

（2）前期准备：对坩埚、浇铸模具、流槽等进行清理，保证其清洁度，然后分别对模具和流槽进行烘烤，其中烘烤温度为500-800℃，烘烤时间为1-2h，将烘烤过干燥的不易挥发且熔点高的原料C、Cr、Co、Mo、W先加入坩埚中，然后将Al、Ti、Mn、Fe、S、P放在第一加料室，将B、Zr、Ta放在第二加料室；

（3）熔炼：原料添加完毕后，对真空炉进行抽真空处理，其中真空度不大于8Pa，然后升温熔炼，通过阶梯式升温，直至将坩埚内的原料全部熔化，将温度控制在1520-1610℃，保温10-20min进行精炼，继续抽真空，将真空度控制在3Pa以内，温度控制在1380-1450℃，将第一加料室内的原料加入坩埚内，辅以电磁单向搅拌，待全部熔化后，继续抽真空，将真空度控制在5Pa以内，温度控制在1350-1400℃，加入第二加料室内的原料，电磁单向搅拌，全部原料熔化后及进行化学成分分析、调整至符合要求；

（4）铸造处理：将温度提升至1480-1520℃，真空度控制在5-8Pa，进行5-10min的电磁单向搅拌，将熔液通过流槽流入模具中进行浇铸处理，在1200-1250℃进行空冷固溶处理，时间控制在2-4h，待其冷凝成固态后，将合金从模具中取出；

（5）热处理：将合金在900-950℃进行热处理，时间控制在15-20h，然后将温度升至960-1020℃，保温3-6h即可。

本发明的有益之处在于：通过对镍基合金添加特定元素，调整合适比例，使合金工作温度较镍基合金高，且组织稳定、有害相少及抗氧化抗腐蚀能力大，与普通合金相比，能在较高温度与应力下工作，尤其是适合在高温场合使用。

具体实施方式

实施例1

一种耐高温合金材料及制备方法，其中合金材料包括以下质量百分比的成：C:0.12%，Cr:10.5%，Co:5%，Mo:4%，W:5%，Al:5.4%，Ti:2.5%，Mn:0.1%，B:0.005%，Zr:0.04%，Ta:0.05%，Fe:1.5%，S:0.005%，P:0.01%，余量为Ni，通过材料制备、真空熔炼、成分分析、浇铸、热处理等工艺流程，制得合金材料。

一种耐高温合金材料及制备方法，其主要制备步骤和工艺流程如下：

（1）原料制备：根据耐高温性能具体要求，按照质量百分比比例配置上述原料粉末；

（2）前期准备：对坩埚、浇铸模具、流槽等进行清理，保证其清洁度，然后分别对模具和流槽进行烘烤，其中烘烤温度为500℃，烘烤时间为1h，将烘烤过干燥的不易挥发且熔点高的原料C、Cr、Co、Mo、W先加入坩埚中，然后将Al、Ti、Mn、Fe、S、P放在第一加料室，将B、Zr、Ta放在第二加料室；

（3）熔炼：原料添加完毕后，对真空炉进行抽真空处理，其中真空度不大于8Pa，然后升温熔炼，通过阶梯式升温，直至将坩埚内的原料全部熔化，将温度控制在1520℃，保温10min进行精炼，继续抽真空，将真空度控制在3Pa以内，温度控制在1380℃，将第一加料室内的原料加入坩埚内，辅以电磁单向搅拌，待全部熔化后，继续抽真空，将真空度控制在5Pa以内，温度控制在1350℃，加入第二加料室内的原料，电磁单向搅拌，全部原料熔化后及进行化学成分分析、调整至符合要求；

（4）铸造处理：将温度提升至1480℃，真空度控制在5Pa，进行5min的电磁单向搅拌，将熔液通过流槽流入模具中进行浇铸处理，在1200℃进行空冷固溶处理，时间控制在2h，待其冷凝成固态后，将合金从模具中取出；

（5）热处理：将合金在900℃进行热处理，时间控制在15h，然后将温度升至960℃，保温3h即可。

实施例2

一种耐高温合金材料及制备方法，其中合金材料包括以下质量百分比的成：C: 0.18%，Cr: 11.5%，Co: 5.5%，Mo: 4.5%，W: 5.3%，Al: 5.6%，Ti: 2.6%，Mn: 0.3%，B: 0.015%，Zr: 0.06%，Ta: 0.15%，Fe: 2.5%，S: 0.01%，P: 0.02%，余量为Ni。主要通过材料制备、真空熔炼、成分分析、浇铸、热处理等工艺流程，制得合金材料，该合金材料具有耐高温性能，且耐高温持久性更长。

一种耐高温合金材料及制备方法，包括以下制备步骤：

（1）原料制备：根据耐高温性能具体要求，按照质量百分比比例配置上述原料粉末；

（2）前期准备：对坩埚、浇铸模具、流槽等进行清理，保证其清洁度，然后分别对模具和流槽进行烘烤，其中烘烤温度为800℃，烘烤时间为2h，将烘烤过干燥的不易挥发且熔点高的原料C、Cr、Co、Mo、W先加入坩埚中，然后将Al、Ti、Mn、Fe、S、P放在第一加料室，将B、Zr、Ta放在第二加料室；

（3）熔炼：原料添加完毕后，对真空炉进行抽真空处理，其中真空度不大于8Pa，然后升温熔炼，通过阶梯式升温，直至将坩埚内的原料全部熔化，将温度控制在1610℃，保温20min进行精炼，继续抽真空，将真空度控制在3Pa以内，温度控制在1450℃，将第一加料室内的原料加入坩埚内，辅以电磁单向搅拌，待全部熔化后，继续抽真空，将真空度控制在5Pa以内，温度控制在1400℃，加入第二加料室内的原料，电磁单向搅拌，全部原料熔化后及进行化学成分分析、调整至符合要求；

（4）铸造处理：将温度提升至1520℃，真空度控制在8Pa，进行10min的电磁单向搅拌，将熔液通过流槽流入模具中进行浇铸处理，在1250℃进行空冷固溶处理，时间控制在4h，待其冷凝成固态后，将合金从模具中取出；

（5）热处理：将合金在950℃进行热处理，时间控制在20h，然后将温度升至1020℃，保温6h即可。

实施例3

一种耐高温合金材料及制备方法，其中合金材料包括以下质量百分比的成：C:0.16%，Cr:11%，Co:5.2%，Mo:4.3%，W:5.2%，Al:5.5%，Ti:2.5%，Mn:0.1%，B:0.005%，Zr:0.05%，Ta:0.08%，Fe:1.9%，S:0.008%，P:0.01%，余量为Ni。主要通过材料制备、真空熔炼、成分分析、浇铸、热处理等工艺流程，制得合金材料，该合金材料具有耐高温性能，且耐高温持久性更长。

一种耐高温合金材料及制备方法，包括以下制备步骤：

（1）原料制备：根据耐高温性能具体要求，按照质量百分比比例配置上述原料粉末；

（2）前期准备：对坩埚、浇铸模具、流槽等进行清理，保证其清洁度，然后分别对模具和流槽进行烘烤，其中烘烤温度为500℃，烘烤时间为2h，将烘烤过干燥的不易挥发且熔点高的原料C、Cr、Co、Mo、W先加入坩埚中，然后将Al、Ti、Mn、Fe、S、P放在第一加料室，将B、Zr、Ta放在第二加料室；

（3）熔炼：原料添加完毕后，对真空炉进行抽真空处理，其中真空度不大于8Pa，然后升温熔炼，通过阶梯式升温，直至将坩埚内的原料全部熔化，将温度控制在1610℃，保温20min进行精炼，继续抽真空，将真空度控制在3Pa以内，温度控制在1410℃，将第一加料室内的原料加入坩埚内，辅以电磁单向搅拌，待全部熔化后，继续抽真空，将真空度控制在5Pa以内，温度控制在1380℃，加入第二加料室内的原料，电磁单向搅拌，全部原料熔化后及进行化学成分分析、调整至符合要求；

（4）铸造处理：将温度提升至1500℃，真空度控制在5Pa，进行10min的电磁单向搅拌，将熔液通过流槽流入模具中进行浇铸处理，在1250℃进行空冷固溶处理，时间控制在4h，待其冷凝成固态后，将合金从模具中取出；

（5）热处理：将合金在950℃进行热处理，时间控制在15h，然后将温度升至1020℃，保温3h即可。

Claims (2)

1.一种耐高温合金材料及制备方法，其特征在于，合金材料包括以下质量百分比组成：C:0.12%-0.18%，Cr:10.5%-11.5%，Co:5%-5.5%，Mo:4%-4.5%，W:5%-5.3%，Al:5.4%-5.6%，Ti:2.5%-2.6%，Mn:0.1%-0.3%，B:0.005%-0.015%，Zr:0.04%-0.06%，Ta:0.05%-0.15%，Fe:1.5%-2.5%，S:0.005%-0.01%，P:0.01%-0.02%，余量为Ni；通过材料制备、真空熔炼、成分分析、浇铸、热处理等工艺流程，通过对镍基合金添加特定元素，调整合适比例，制得合金材料。

2.根据权利要求1所述的耐高温合金材料及制备方法，其特征在于，其主要制备步骤和工艺流程如下：

（1）原料制备：根据耐高温性能具体要求，按照质量百分比比例配置上述原料粉末；

（2）前期准备：对坩埚、浇铸模具、流槽等进行清理，保证其清洁度，然后分别对模具和流槽进行烘烤，其中烘烤温度为500-800℃，烘烤时间为1-2h，将烘烤过干燥的不易挥发且熔点高的原料C、Cr、Co、Mo、W先加入坩埚中，然后将Al、Ti、Mn、Fe、S、P放在第一加料室，将B、Zr、Ta放在第二加料室；

（3）熔炼：原料添加完毕后，对真空炉进行抽真空处理，其中真空度不大于8Pa，然后升温熔炼，通过阶梯式升温，直至将坩埚内的原料全部熔化，将温度控制在1520-1610℃，保温10-20min进行精炼，继续抽真空，将真空度控制在3Pa以内，温度控制在1380-1450℃，将第一加料室内的原料加入坩埚内，辅以电磁单向搅拌，待全部熔化后，继续抽真空，将真空度控制在5Pa以内，温度控制在1350-1400℃，加入第二加料室内的原料，电磁单向搅拌，全部原料熔化后及进行化学成分分析、调整至符合要求；

（4）铸造处理：将温度提升至1480-1520℃，真空度控制在5-8Pa，进行5-10min的电磁单向搅拌，将熔液通过流槽流入模具中进行浇铸处理，在1200-1250℃进行空冷固溶处理，时间控制在2-4h，待其冷凝成固态后，将合金从模具中取出；

（5）热处理：将合金在900-950℃进行热处理，时间控制在15-20h，然后将温度升至960-1020℃，保温3-6h即可。