CN106167862A - 一种Ni‑Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Ni‑Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料及其制备方法，取所需元素于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1450~1460℃；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，溶液浇注成自耗电极；将浇注成的自耗电极于电渣炉中重熔精炼，重熔成电渣锭；将电渣锭加热锻造制成钢棒；将钢棒锻后空冷至室温；将钢棒表面处理；将成品钢棒上取样检验力学性能，进行对应的力学性能试验。本发明的有益效果是：该种Ni‑Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料及其制备方法制备的合金材料使其横向性能与纵向性能比较接近，在提高横向性能的同时，还可以提高合金在使用过程中的耐热性能，从而提高该种合金制造的产品的寿命，有良好的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种变形高温合金材料及其制备方法，具体为一种Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料及其制备方法，属于高温合金材料应用技术领域。
背景技术
高温合金对于发展航空发动机和工业燃气轮机起着重要作用。目前高温合金分为三类材料：760℃高温材料、1200℃高温材料和1500℃高温材料，抗拉强度800MPa。或者说是指在760--1500℃以上及一定应力条件下长期工作的高温金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，已成为军民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料，目前，气轮机功率的不断提高，对高性能高温合金材料的需求亦随之增加，而现有的合金材料杂质元素的含量比较高，溶液浇注成不能消耗自身电极，耐热性能差，并且制造成本高，制造复杂，造成合金材料的横向性能与纵向性能相差较大，在使用过程中的耐热性能差。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料及其制备方法，满足在复杂工作环境下的使用要求。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，以重量百分比％计，包括C：0.02％～0.06％、Cr：19.00％～22.00％、Al：0.75％～1.15％、Ti：2.50％～3.00％、Nb：1.30％～1.70％、Mg：0.001％～0.010％、Zr：0.010％～0.10％以及余量Ni和不可避免的杂质。
优选的，所述杂质为：以重量百分比％计，Fe≤1.50％、P≤0.015％、B≤0.010％、S≤0.007％、Ce≤0.01％、Cu≤0.07％、Si≤0.65％、Mn≤0.35％。
其制备方法，步骤如下：
步骤A、取所需元素于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1450～1460℃；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，溶液浇注成自耗电极；
步骤B、将步骤A浇注成的自耗电极于电渣炉中重熔精炼，重熔成电渣锭；
步骤C、将步骤B的电渣锭加热锻造制成钢棒，步骤及工艺参数如下：将钢棒加热至1200～1220℃，保温30小时后炉冷至1150～1170℃保温2～3小时，开始锻造；
步骤D、将步骤C的钢棒锻后空冷至室温；
步骤E、将步骤D的钢棒表面处理，对成品钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得成品钢棒；
步骤F、将步骤E的成品钢棒上取样检验力学性能，进行对应的力学性能试验。
优选的，所述步骤F的力学性能试验如下：
1)试样热处理，首先，将成品钢棒放置在温度为1080±10℃，保温8.5h后进行空冷，然后将成品钢棒放置在温度为750±5℃，保温16.5h后空冷；
2)拉伸试验，将步骤1)中的成品钢棒放置在室温(20℃)下进行拉伸，其抗拉强度Rm≥1060Mpa、屈服强度Rm≥735Mpa、伸长率A≥16.0％、断面收缩率Z≥18.0％、冲击试验Aku≥31J；
3)高温持久性能，将步骤2)中的成品钢棒放置在温度为750℃，压强为392Mpa，持久断裂时间≥50h。
优选的，所述步骤B中的熔成电渣锭的步骤及工艺参数如下：
1)、渣系：各含量的比CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝60:20:10:10(％)，使渣量为20Kg；
2)、将1)中的渣系进行电解，其电压为48V±2V，电流为6000±200A。
本发明的有益效果是：该种Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料及其制备方法制备的合金材料，其力学性能为：室温(20℃)拉伸试验，抗拉强度Rm≥1060Mpa；屈服强度Rm≥735Mpa；伸长率A≥16.0％；断面收缩率Z≥18.0％；冲击试验Aku≥31J，高温持久性能750℃、392Mpa持久断裂时间≥50h，使该种合金的横向性能与纵向性能比较接近，在提高横向性能的同时，还可以提高合金在使用过程中的耐热性能，从而提高该种合金制造的产品的寿命，有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，以重量百分比％计，包括C：0.02％～0.06％、Cr：19.00％～22.00％、Al：0.75％～1.15％、Ti：2.50％～3.00％、Nb：1.30％～1.70％、Mg：0.001％～0.010％、Zr：0.010％～0.10％以及余量Ni和不可避免的杂质；
其制备方法，步骤如下：
步骤A、取所需元素于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1450～1460℃；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，溶液浇注成自耗电极；
步骤B、将步骤A浇注成的自耗电极于电渣炉中重熔精炼，重熔成电渣锭；
步骤C、将步骤B的电渣锭加热锻造制成钢棒，步骤及工艺参数如下：将钢棒加热至1200～1220℃，保温30小时后炉冷至1150～1170℃保温2～3小时，开始锻造；
步骤D、将步骤C的钢棒锻后空冷至室温；
步骤E、将步骤D的钢棒表面处理，对成品钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得成品钢棒；
步骤F、将步骤E的成品钢棒上取样检验力学性能，进行对应的力学性能试验。
所述步骤F的力学性能试验如下：
1)试样热处理，首先，将成品钢棒放置在温度为1080℃，保温8.5h后进行空冷，然后将成品钢棒放置在温度为750℃，保温16.5h后空冷；
2)拉伸试验，将步骤1)中的成品钢棒放置在室温(20℃)下进行拉伸，其抗拉强度Rm≥1060Mpa、屈服强度Rm≥735Mpa、伸长率A≥16.0％、断面收缩率Z≥18.0％、冲击试验Aku≥31J；
3)高温持久性能，将步骤2)中的成品钢棒放置在温度为750℃，压强为392Mpa，持久断裂时间≥50h。
所述杂质为：以重量百分比％计，Fe≤1.50％、P≤0.015％、B≤0.010％、S≤0.007％、Ce≤0.01％、Cu≤0.07％、Si≤0.65％、Mn≤0.35％。
所述步骤B中的熔成电渣锭的步骤及工艺参数如下：
1)、渣系：各含量的比CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝60:20:10:10(％)，使渣量为20Kg；
2)、将1)中的渣系进行电解，其电压为48V，电流为6000A。
实施例二：
一种Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，以重量百分比％计，包括C：0.02％～0.06％、Cr：19.00％～22.00％、Al：0.75％～1.15％、Ti：2.50％～3.00％、Nb：1.30％～1.70％、Mg：0.001％～0.010％、Zr：0.010％～0.10％以及余量Ni和不可避免的杂质；
其制备方法，步骤如下：
步骤A、取所需元素于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1450～1460℃；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，溶液浇注成自耗电极；
步骤B、将步骤A浇注成的自耗电极于电渣炉中重熔精炼，重熔成电渣锭；
步骤C、将步骤B的电渣锭加热锻造制成钢棒，步骤及工艺参数如下：将钢棒加热至1200～1220℃，保温30小时后炉冷至1150～1170℃保温2～3小时，开始锻造；
步骤D、将步骤C的钢棒锻后空冷至室温；
步骤E、将步骤D的钢棒表面处理，对成品钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得成品钢棒；
步骤F、将步骤E的成品钢棒上取样检验力学性能，进行对应的力学性能试验。
所述步骤F的力学性能试验如下：
1)试样热处理，首先，将成品钢棒放置在温度为1070℃，保温8.5h后进行空冷，然后将成品钢棒放置在温度为745℃，保温16.5h后空冷；
2)拉伸试验，将步骤1)中的成品钢棒放置在室温(20℃)下进行拉伸，其抗拉强度Rm≥1060Mpa、屈服强度Rm≥735Mpa、伸长率A≥16.0％、断面收缩率Z≥18.0％、冲击试验Aku≥31J；
3)高温持久性能，将步骤2)中的成品钢棒放置在温度为750℃，压强为392Mpa，持久断裂时间≥50h。
所述杂质为：以重量百分比％计，Fe≤1.50％、P≤0.015％、B≤0.010％、S≤0.007％、Ce≤0.01％、Cu≤0.07％、Si≤0.65％、Mn≤0.35％。
所述步骤B中的熔成电渣锭的步骤及工艺参数如下：
1)、渣系：各含量的比CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝60:20:10:10(％)，使渣量为20Kg；
2)、将1)中的渣系进行电解，其电压为50V，电流为6200A。
实施例三：
一种Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，以重量百分比％计，包括C：0.02％～0.06％、Cr：19.00％～22.00％、Al：0.75％～1.15％、Ti：2.50％～3.00％、Nb：1.30％～1.70％、Mg：0.001％～0.010％、Zr：0.010％～0.10％以及余量Ni和不可避免的杂质；
其制备方法，步骤如下：
步骤A、取所需元素于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1450～1460℃；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，溶液浇注成自耗电极；
步骤B、将步骤A浇注成的自耗电极于电渣炉中重熔精炼，重熔成电渣锭；
步骤C、将步骤B的电渣锭加热锻造制成钢棒，步骤及工艺参数如下：将钢棒加热至1200～1220℃，保温30小时后炉冷至1150～1170℃保温2～3小时，开始锻造；
步骤D、将步骤C的钢棒锻后空冷至室温；
步骤E、将步骤D的钢棒表面处理，对成品钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得成品钢棒；
步骤F、将步骤E的成品钢棒上取样检验力学性能，进行对应的力学性能试验。
所述步骤F的力学性能试验如下：
1)试样热处理，首先，将成品钢棒放置在温度为1090℃，保温8.5h后进行空冷，然后将成品钢棒放置在温度为755℃，保温16.5h后空冷；
2)拉伸试验，将步骤1)中的成品钢棒放置在室温(20℃)下进行拉伸，其抗拉强度Rm≥1060Mpa、屈服强度Rm≥735Mpa、伸长率A≥16.0％、断面收缩率Z≥18.0％、冲击试验Aku≥31J；
3)高温持久性能，将步骤2)中的成品钢棒放置在温度为750℃，压强为392Mpa，持久断裂时间≥50h。
所述杂质为：以重量百分比％计，Fe≤1.50％、P≤0.015％、B≤0.010％、S≤0.007％、Ce≤0.01％、Cu≤0.07％、Si≤0.65％、Mn≤0.35％。
所述步骤B中的熔成电渣锭的步骤及工艺参数如下：
1)、渣系：各含量的比CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝60:20:10:10(％)，使渣量为20Kg；
2)、将1)中的渣系进行电解，其电压为46V±2V，电流为5800A。
根据实施例一、实施例二和实施例三制备的高温合金材料，经高温拉伸试验，结果表明其力学性能完全达到设计要求，试验结果如表一所示：
表一：室温拉伸试验数据
| Rm | Rp0.2 | A | Z | AKU |
| Mpa | Mpa | ％ | ％ | J |
| 1090 | 775 | 18.0 | 21.0 | 35/37 |
| 1096 | 781 | 17.5 | 20.5 | 39/37 |
| 1106 | 795 | 16.5 | 19.0 | 34/32 |
| 1089 | 763 | 18.5 | 21.5 | 41/36 |
用本材料制造的航空发动机涡轮盘部件，能够满足其工作环境的使用要求。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。 不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将 说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，其特征在于：以重量百分比计，包括C：0.02%~0.06%、Cr：19.00%~22.00%、Al ：0.75%~1.15%、Ti：2.50%~3.00%、Nb：1.30%~1.70% 、Mg：0.001%~0.010%、Zr：0.010%~0.10% 以及余量Ni和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，其特征在于，所述杂质为：以重量百分比计，Fe≤1.50% 、P≤0.015%、B≤0.010%、S≤0.007% 、Ce≤0.01%、Cu≤0.07%、Si≤0.65% 、Mn≤0.35%。
3.一种Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料的制备方法，其特征在于，其该制备方法，包括步骤如下：
步骤A、取所需元素于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1450~1460℃，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，溶液浇注成自耗电极；
步骤B、将步骤A浇注成的自耗电极于电渣炉中重熔精炼，重熔成电渣锭；
步骤C、将步骤B的电渣锭加热锻造制成钢棒，步骤及工艺参数如下：将钢棒加热至1200~1220℃，保温30小时后炉冷至1150~1170℃保温2~3小时，开始锻造；
步骤D、将步骤C的钢棒锻后空冷至室温；
步骤E、将步骤D的钢棒表面处理，对成品钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得成品钢棒；
步骤F、将步骤E的成品钢棒上取样检验力学性能，进行对应的力学性能试验。
4.根据权利要求3所述的一种Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤F的力学性能试验如下：
1）试样热处理，将成品钢棒放置在温度为1080±10℃，保温8.5h后进行空冷，然后，将成品钢棒放置在温度为750±5℃，保温16.5h后空冷；
2）拉伸试验，将步骤1）中的成品钢棒放置在室温（20℃）下进行拉伸，其抗拉强度Rm≥1060Mpa、屈服强度Rm≥735Mpa、伸长率A≥16.0％、断面收缩率Z≥18.0％、冲击试验 Aku≥31J；
3）高温持久性能，将步骤2）中的成品钢棒放置在温度为750℃，压强为392Mpa，持久断裂时间≥50h。
5.根据权利要求3所述的一种Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤B中的熔成电渣锭的步骤及工艺参数如下：
1）、渣系：各含量的比CaF2:Al2O3:CaO:MgO=60:20:10:10(%)，使渣量为20Kg；
2）、将1）中的渣系进行电解，其电压为48V±2V，电流为6000±200A。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161130 |