CN106244857A - 一种高温合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温合金材料及其制备方法，以重量百分比计，包括C：0.05～0.15％、Cr：20.5～23.00％、Mo：8.00～10.00％、Co：0.50～2.50％、W：0.20～1.00％、Fe、17.00～20.00％、B：0.001～0.010％、余量为Ni以及不可避免的杂质。本发明制备的高温合金组织均匀，电渣重熔所用渣料采用合理的配比进行加工，提高材料的纯净度，使合金材料在低温、室温和高温情况下塑性和冲击韧性增强，锻造采用小变形量、多火次方法进行锻造成材，使涡轮叶片组织均均匀，具有优良的断裂韧性，通过本发明生产的合金材料，在室温条件下，材料的抗拉强度σb≥700N/mm2；屈服强度σ0.2≥320N/mm2；伸长率δ5≥50％；高温(816±3℃)蠕变断裂试验≥103N/mm2、断裂时间≥25h、伸长率δ5≥60％，满足涡轮叶片的性能需求。

Description

一种高温合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种合金材料及其制备方法，具体为一种高温合金材料及其制备方法，属于合金材料应用技术领域。
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。涡轮叶片是燃气轮机的关键部件，为了提高发动机的效率，必须不断提高涡轮燃气进口温度。一般叶身部分的温度达650℃以上，甚至高达980℃，叶根部分的温度也高达700℃以上。而且涡轮叶片承受气动力和离心力的作用，产生拉应力和弯曲应力，同时燃气流的高速脉冲，使叶片产生震动应力。叶身部分承受的拉应力平均为140Mpa，叶根部分承受的拉应力达280Mpa以上，因此叶片材料要有足够的高温拉伸强度、持久强度和蠕变强度，此外还要有良好的机械疲劳、热疲劳性能、抗氧化性能、抗热腐蚀性能和一定的塑性。
而目前的涡轮叶片制备方法制取的材料强度低，没有良好的断裂韧性，在使用过程中，普通方法制造的合金材料耐温性能差，没有良好的力学性能，在室温条件下，材料的抗拉强度小于700Mpa；屈服强度也小于320N/mm2；伸长率小于50％；在高温蠕变断裂试验小于103N/mm2，断裂时间短，使材料的使用寿命短，不能满足涡轮叶片的性能要求。
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，一种高温合金材料，以重量百分比计，包括C：0.05～0.15％、Cr：20.5～23.00％、Mo：8.00～10.00％、Co：0.50～2.50％、W：0.20～1.00％、Fe：17.00～20.00％、B：0.001～0.010％、余量为Ni以及不可避免的杂质元素；
其制备方法步骤如下：
步骤A、按上述元素组分比例称量原料，然后进行熔炼，熔炼温度为1450～1470℃，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中所得的自耗电极进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
步骤C、将步骤B制成的电渣锭，加热至1170℃～1190℃，保温3-5h；
步骤D、将步骤C保温的电渣锭进行锻造，然后冷却至室温，再进行表面处理，制得所需材料。
优选的，所述杂质，按质量百分比计：P≤0.025％、S≤0.015％、Mn≤1.00％、Si≤1.00％、Cu≤0.50％。
优选的，步骤A中，熔炼时在真空感应炉中进行。
优选的，步骤B在电渣炉中进行。
优选的，步骤B所述电渣重熔所用渣料，由以下质量百分比成分组成：CaF2：70％、Al2O3：15％、CaO：10％、MgO：5％。
优选的，步骤D中所述锻造为小变形量、多火次方法进行锻造成材。
本发明的有益效果是：该种高温合金材料高温合金组织均匀，电渣重熔所用渣料采用合理的配比进行加工，提高材料的纯净度，使合金材料在低温、室温和高温情况下塑性和冲击韧性增强，使合金材料有良好的机械疲劳、热疲劳性能、抗氧化性能、抗热腐蚀性能和一定的塑性，锻造采用小变形量、多火次方法进行锻造成材，使涡轮叶片组织均均匀，具有优良的断裂韧性，通过本发明生产的合金材料，在室温条件下，材料的抗拉强度σb≥700N/mm2；屈服强度σ0.2≥320N/mm2；伸长率δ5≥50％；高温(816±3℃)蠕变断裂试验≥103N/mm2、断裂时间≥25h、伸长率δ5≥60％，满足涡轮叶片的性能需求，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。
一种高温合金材料，以重量百分比计，包括C：0.05～0.15％、Cr：20.5～23.00％、Mo：8.00～10.00％、Co：0.50～2.50％、W：0.20～1.00％、Fe、17.00～20.00％、B：0.001～0.010％、余量为Ni以及不可避免的杂质元素；
实施例一：
步骤A、选取C：0.05％、Cr：20.5％、Mo：8.00％、Co：0.50％、W：0.20％、Fe、17.00％、B：0.001％、余量为Ni以及不可避免的杂质元素，按照组分比例称量原料，将称量的原料放在真空感应炉中进行，然后进行熔炼，熔炼温度为1450～1470℃，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中所得的自耗电极进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
其中，重熔在电渣炉中进行；所述电渣重熔所用渣料，由以下质量百分比成分组成：CaF2:70％、Al2O3:15％、CaO：10％、MgO：5％；
步骤C、将步骤B制成的电渣锭，加热至1170℃～1190℃，保温3-5h；
步骤D、将步骤C保温的电渣锭进行锻造，然后冷却至室温，再进行表面处理，制得所需材料；
其中，所述锻造为小变形量、多火次方法进行锻造成材。
其中，所述杂质，按质量百分比计：P≤0.025％、S≤0.015％、Mn≤1.00％、Si≤1.00％、Cu≤0.50％。
实施例二：
步骤A、选取C：0.15％、Cr：23.00％、Mo：10.00％、Co：2.50％、W：1.00％、Fe、20.00％、B：0.010％、余量为Ni以及不可避免的杂质元素，按照组分比例称量原料，将称量的原料放在真空感应炉中进行，然后进行熔炼，熔炼温度为1450～1470℃，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中所得的自耗电极进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
其中，重熔在电渣炉中进行；所述电渣重熔所用渣料，由以下质量百分比成分组成：CaF2:70％、Al2O3:15％、CaO：10％、MgO：5％；
步骤C、将步骤B制成的电渣锭，加热至1170℃～1190℃，保温3-5h；
步骤D、将步骤C保温的电渣锭进行锻造，然后冷却至室温，再进行表面处理，制得所需材料；
其中，所述锻造为小变形量、多火次方法进行锻造成材。
其中，所述杂质，按质量百分比计：P≤0.025％、S≤0.015％、Mn≤1.00％、Si≤1.00％、Cu≤0.50％。
实施例三：
步骤A、选取C：0.1％、Cr：22.00％、Mo：9.00％、Co：2.0％、W：0.80％、Fe、19.00％、B：0.005％，余量为Ni以及不可避免的杂质元素；按照组分比例称量原料，将称量的原料放在真空感应炉中进行，然后进行熔炼，熔炼温度为1450～1470℃，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中所得的自耗电极进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
其中，重熔在电渣炉中进行；所述电渣重熔所用渣料，由以下质量百分比成分组成：CaF2:70％、Al2O3:15％、CaO：10％、MgO：5％；
步骤C、将步骤B制成的电渣锭，加热至1170℃～1190℃，保温3-5h；
步骤D、将步骤C保温的电渣锭进行锻造，然后冷却至室温，再进行表面处理，制得所需材料；
其中，所述锻造为小变形量、多火次方法进行锻造成材。
其中，所述杂质，按质量百分比计：P≤0.025％、S≤0.015％、Mn≤1.00％、Si≤1.00％、Cu≤0.50％。
根据实施例一、实施例二和实施例三制备的高温合金材料，组织均匀，电渣重熔所用渣料采用合理的配比进行加工，提高材料的纯净度，使合金材料在低温、室温和高温情况下塑性和冲击韧性增强，使合金材料有良好的机械疲劳、热疲劳性能、抗氧化性能、抗热腐蚀性能和一定的塑性，锻造采用小变形量、多火次方法进行锻造成材，使涡轮叶片组织均均匀，具有优良的断裂韧性，通过本发明生产的合金材料，在室温条件下，材料的抗拉强度σb≥700N/mm2；屈服强度σ0.2≥320N/mm2；伸长率δ5≥50％；高温(816±3℃)蠕变断裂试验≥103N/mm2、断裂时间≥25h、伸长率δ5≥60％，满足涡轮叶片的性能需求。
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 (7)

1.一种高温合金材料，其特征在于，以重量百分比计，包括C：0.05～0.15％、Cr：20.5～23.00％、Mo：8.00～10.00％、Co：0.50～2.50％、W：0.20～1.00％、Fe：17.00～20.00％、B：0.001～0.010％、余量为Ni以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高温合金材料，其特征在于：所述杂质，按质量百分比计：P≤0.025％、S≤0.015％、Mn≤1.00％、Si≤1.00％、Cu≤0.50％。
3.一种高温合金材料的制备方法，其特征在于，其制备方法步骤如下：
步骤A、按上述元素组分比例称量原料，然后进行熔炼，熔炼温度为1450～1470℃，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中所得的自耗电极进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
步骤C、将步骤B制成的电渣锭，加热至1170℃～1190℃，保温3-5h；
步骤D、将步骤C保温的电渣锭进行锻造，然后冷却至室温，再进行表面处理，制得所需材料。
4.根据权利要求3所述的一种高温合金材料的制备方法，其特征在于：步骤A中，熔炼时在真空感应炉中进行。
5.根据权利要求3所述的一种高温合金材料的制备方法，其特征在于：步骤B在电渣炉中进行。
6.根据权利要求3所述的一种高温合金材料的制备方法，其特征在于：步骤B所述电渣重熔所用渣料，由以下质量百分比成分组成：CaF2：70％、Al2O3：15％、CaO：10％、MgO：5％。
7.根据权利要求3所述的一种高温合金材料的制备方法，其特征在于：步骤D中所述锻造为小变形量、多火次方法进行锻造成材。
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