CN106244855A - 一种抗氧化高温合金材料、其制备方法及其应用 - Google Patents

一种抗氧化高温合金材料、其制备方法及其应用 Download PDF

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雷德江
黄志永
刘永新
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Abstract

本发明公开了一种抗氧化高温合金材料，属于合金材料技术领域，其化学组成，按重量百分比计为：C ≤0.02；Cr 14.5~16.5；Mo 15.0~17.0；W 3.0~4.5；Fe 4.0~7.0；V≤0.35；Co≤2.5；余量为Ni，还公开了上述材料的制备方法和应用；本发明的合金材料具有优异的耐高温性能、抗氧化耐腐蚀性能及力学性能，室温（25℃）的抗拉强度σb≥820N/mm2，屈服强度σ0.2≥440N/mm2，伸长率δ5≥60％；高温持久性能：应力200Mpa、温度760℃，持久断裂时间≥100h，伸长率δ5≥45％；本发明的性能，尤其显著的抗氧化及抗氯离子腐蚀性能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，用于飞机的高温易氧化部件，具有重要的意义，值得大规模推广和应用。

Description

一种抗氧化高温合金材料、其制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及合金材料，尤其涉及一种抗氧化高温合金材料、其制备方法及其应用。
背景技术
在航空技术领域，航空发动机的热部件中，叶片材料的使用条件最为苛刻。
首先是高温：航空喷气发动机从压气机到尾喷管，各零部件在一定温度下工作，有些零件要在800℃以上的条件下长期工作。
其次是高应力：一些高温部件，由于震动、气流的冲刷，特别是旋转造成的离心作用，将承受较大的应力。如涡轮叶片的应力可达300～400Mpa。
再次是氧化和腐蚀等化学作用：燃气中存在大量的氧、水气，并存在SO2、H2S等腐蚀性气体，都对高温零件起氧化和腐蚀作用。
现有的合金材料，在高温下具有较好的力学性能，比如申请号为201210157236.7、专利名称为“一种高强抗热腐蚀镍基单晶高温合金”的中国专利申请；又比如申请号为201510894737.7、专利名称为“一种镍基高温合金粉”的中国专利申请，但是其适用温度仅为650℃，在更高的温度下其力学性能较差，而且，在较高温度下，对于化学腐蚀的耐受性较差。
发明内容
本发明的目的之一，就在于提供一种抗氧化高温合金材料，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种抗氧化高温合金材料，其化学组成，按重量百分比计为：
C≤0.02；
Cr 14.5～16.5；
Mo 15.0～17.0；
W 3.0～4.5；
Fe 4.0～7.0；
V≤0.35；
Co≤2.5
余量为Ni。
本发明所述高温合金，是抗潮湿氯气、亚氯酸盐、二氧化氯溶液腐蚀较好的几个合金之一，它也能抵抗强氧化盐类溶液(如氯化铁、氯化铜)的化学腐蚀，此外，本发明的合金还有较好的抗斑点腐蚀和应力腐蚀的能力，抗氧化温度可达1040℃。
作为优选的技术方案：所述材料中，所含的杂质，按质量百分比计：
P≤0.03％ S≤0.03％
Mn≤1.0％ Si≤0.05％。
本发明的目的之二，在于提供一种上述高温合金材料的制备方法，采用的技术方案为：
(1)按组分比例称量原料，然后进行熔炼，熔炼温度1540～1580℃，溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1200～1220℃，保温20～30小时，然后降温至1130～1150℃，保温2～3h，用压机锻造制成所需棒材或型材；
(4)将步骤(3)棒材采用探伤设备检查棒材或型材芯部及表面缺陷，清除无缺陷棒材或型材彻底表面的油污或石墨，然后加热至1150℃保温2小时后，水冷至室温，即得。
作为优选的技术方案：步骤(1)中，熔炼时在真空感应炉中进行。
作为优选的技术方案：步骤(2)在可控气氛电渣炉中进行。
作为优选的技术方案：步骤(3)中所述压机为液压力快锻机。
作为优选的技术方案：步骤(3)中所述锻造时采用多火次，小变形量的方式锻造成材。
本发明目的之三，在于提供一种上述材料的应用，采用的技术方案为：将所述合金材料用于制作发动机关键部件。所述的关键部件是指压气机、整体叶盘、涡轮盘、涡轮叶片等部件。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的合金材料具有优异的耐高温性能、抗氧化耐腐蚀性能及力学性能，室温(25℃)的抗拉强度σb≥820N/mm2，屈服强度σ0.2≥440N/mm2，伸长率δ5≥60％；高温持久性能：应力200Mpa、温度760℃，持久断裂时间≥100h，伸长率δ5≥45％；本发明的性能，尤其显著的抗氧化及抗氯离子腐蚀性能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，用于飞机的高温易氧化部件，具有重要的意义，值得大规模推广和应用。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1-5：采用不同含量的元素，制得合金材料，一共采用了5种不同的配方，各元素的组成见表1，表1中余量为Ni总计为100％，表1中，均为质量百分含量值。
表1实施例1-5中各种元素的组成
C Cr Mo W Fe V Co
实施例1 0.020 14.50 15.00 3.00 4.00 0.35 2.50
实施例2 0.015 14.90 15.60 3.10 5.20 0.31 2.10
实施例3 0.011 15.30 16.00 3.60 5.90 0.20 1.50
实施例4 0.009 16.00 16.70 4.10 6.60 0.15 1.00
实施例5 0.003 16.50 17.00 4.50 7.00 0.09 0.50
(1)按组分比例称量原料，然后进行熔炼，熔炼温度1540～1580℃，溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1200～1220℃，保温20～30小时，然后降温至1130～1150℃，保温2～3h，用压机锻造制成所需棒材或型材；
(4)将步骤(3)棒材采用探伤设备检查棒材或型材芯部及表面缺陷，清除无缺陷棒材或型材彻底表面的油污或石墨，然后加热至1150℃保温2小时后，水冷至室温，即得。
实施例6:
材料性能测试:在成品钢棒上取样检验力学性能，进行对应的力学性能试验；将实施例1-5所制得的成品钢棒进行性能测试，经室温拉伸试验，结果表明其力学性能完全达到设计要求，试验结果如下：
表2室温拉伸：
参数 σb σ0.2 δ5
单位 N/mm2 N/mm2 ％
实施例1结果 821 443 60
实施例2结果 853 450 61
实施例3结果 862 459 65
实施例4结果 896 461 68
实施例5结果 861 453 62
表3高温持久性能(应力200Mpa、温度760℃)：
参数 持久断裂时间 δ5
单位 h ％
实施例1结果 101 45
实施例2结果 105 47
实施例3结果 116 49
实施例4结果 119 53
实施例5结果 109 47
实施例7:
本发明的合金材料抗氧化及抗氯离子腐蚀性能实验:将实施例1-5所制得的成品钢棒进行抗氧化及抗氯离子腐蚀性能实验，其结果见表4，表4中数值为“平均腐蚀率”，其单位为mg/cm2.h。
表4：
100℃、5％盐酸 氯化镁应力腐蚀 50℃、三氯化铁 100℃、50％硫酸
实施例1 2.32 0.099 3.11 0.83
实施例2 2.27 0.093 2.95 0.79
实施例3 2.03 0.078 2.23 0.68
实施例4 1.51 0.051 1.56 0.51
实施例5 1.36 0.050 1.36 0.43
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种抗氧化高温合金材料，其特征在于：其化学组成，按重量百分比计为：C ≤0.02；
Cr 14.5~16.5；
Mo 15.0~17.0；
W 3.0~4.5；
Fe 4. 0~7. 0；
V ≤0.35；
Co ≤2.5；
余量为Ni。
2.根据权利要求1所述的一种Ni-Cr-Mo-W系高温合金材料，其特征在于：所述材料中，所含的杂质，按质量百分比计：
P≤0.03 % S≤0.03%
Mn≤1.0% Si≤0. 05%。
3.权利要求1或2所述的一种抗氧化高温合金材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按组分比例称量原料，然后进行熔炼，熔炼温度1540~1580℃，溶液浇注成自耗电极；
（2）将步骤（1）所得的自耗电极进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
（3）将步骤（2）所得的电渣锭加热至1200~1220℃，保温20~30小时，然后降温至1130~1150℃，保温2~3h，用压机锻造制成所需棒材或型材；
（4）将步骤（3）棒材采用探伤设备检查棒材或型材芯部及表面缺陷，清除无缺陷棒材或型材彻底表面的油污或石墨，然后加热至1150℃保温2小时后，水冷至室温，即得。
4.根据权利要求3所述的一种抗氧化高温合金材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，熔炼时在真空感应炉中进行。
5.根据权利要求3所述的一种抗氧化高温合金材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）在可控气氛电渣炉中进行。
6.根据权利要求3所述的一种抗氧化高温合金材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述压机为液压力快锻机。
7.根据权利要求3所述的一种抗氧化高温合金材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述锻造时采用多火次，小变形量的方式锻造成材。
8.权利要求1或2所述的耐高温合金材料的应用，其特征在于，将所述合金材料用于制作飞机高温易被氧化腐蚀的部件。
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