CN106636760A - 一种镍基高温合金及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镍基高温合金及其制造方法，所述镍基高温合金包括如下重量百分比的组分：C 0.06～0.15％，Si 0.25～0.55％，Mn 0.40～0.95％，Fe 0.05～3.00％，Co 1.0～5.0％，Al 0.05～0.50％，Ti 0.01～0.09％，Cr 20.0～24.0％，Nb 0.01～0.40％，Mo 0.90～3.0％，W 12.0～15.0％，Re 0.10～1.0％，B 0.001～0.009％，Ce 0.8～2.0％，Ru 0.8～1.8％，Hf 0.3～3.0％，Ta 2.0～5.0％，V 0.05～0.35％，余量为镍和不可避免的杂质。本发明通过按一定的比例备料，将合金进行三次均匀化处理，高温锻造该合金，进行固溶处理，保温和冷却，采用本发明的技术方案，可有效提高所述合金在高温下的强度、抗疲劳和抗腐蚀性能。

Description

一种镍基高温合金及其制造方法
技术领域
本发明属于高温合金技术领域，具体涉及一种镍基高温合金。
背景技术
镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50％)在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。镍基合金在中、高温度下具有优异综合性能，适合长时间在高温下工作，主要用于航空航天领域950℃～1050℃下工作的结构部件，如航空发动机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘和燃烧室等。
中国专利201210305881.9公开了一种镍基高温合金，所述高温合金以重量百分数计由下列组份组成：Cr 22.5-24.5％，Co 7.0-8.0％，W 6.5-7.5％，Mo 3.0-4.0％，Al 1.2-1.8％，Ti 1.5-2.5％，Nb 2.0-3.0％，Mn 1.0-2.0％，Fe 2.0-4.0％，B 0.02-0.08％，Ce0.5-1.5％，C≤0.1％，Si≤0.2％，P≤0.008％，S≤0.008％，Ni余量。
随着技术的发展，对镍基高温合金提出了越来越高的要求，传统的合金及相应的替代合金已不能满足科技进步的需求，因此，需要发展组织稳定性高、能抗氧化、抗燃气腐蚀且具有良好的高温机械强度和保持表面性能不下降的能力的高温合金材料。
发明内容
本发明的目的提供一种镍基高温合金及其制造方法，
为此，本发明采用的技术方案为，一种镍基高温合金，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：C 0.06～0.15％，Si 0.25～0.55％，Mn 0.40～0.95％，Fe 0.05～3.00％，Co 1.0～5.0％，Al 0.05～0.50％，Ti 0.01～0.09％，Cr 20～24％，Nb 0.01～0.40％，Mo0.90～3.0％，W 12.0～15.0％，Re 0.10～1.0％，B 0.001～0.009％，Ce 0.8～2.0％，Ru0.8～1.8％，Hf 0.3～3.0％，Ta 2.0～5.0％，V 0.05～0.35％，余量为镍和不可避免的杂质。
进一步地，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：C 0.08～0.13％，Si 0.30～0.50％，Mn 0.45～0.80％，Fe 0.10～2.80％，Co 1.5～4.5％，Al 0.10～0.45％，Ti 0.03～0.08％，Cr 20.5～23.5％，Nb 0.05～0.40％，Mo 1.0～3.0％，W 12.5～14.0％，Re 0.15～1.0％，B 0.003～0.008％，Ce 0.9～1.8％，Ru 0.9～1.6％，Hf 0.5～2.5％，Ta 2.2～4.5％，V 0.08～0.3％，余量为镍和不可避免的杂质。
进一步地，以所述镍基高温合金的重量计，所述不可避免的杂质为：S≤0.006％，P≤0.01％，[O]≤50ppm，[H]≤3ppm，N≤0.01％，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤200ppm。
进一步地，所述镍基高温合金包括以下步骤：
第一步，按一定的比例备料，原材料尽量选用S、P等杂质元素较低的原料；
第二步，通过真空感应熔炼并浇铸成符合所述成分的合金块。；
第三步，将合金进行三次均匀化处理，其中第一次均匀化的温度为1000℃，时间为20小时，300℃以上的加热和冷却速度均为200℃/h，第二次均匀化的温度为1200℃，时间为36小时，300℃以上的加热和冷却速度均为200℃/h，第三次均匀化的温度为1300℃，时间为50小时，300℃以上的加热和冷却速度均为200℃/h；
第四步，高温锻造所述合金，其中高温锻造的温度为1120-1190℃；
第五步，对所述合金进行固溶处理，其中固溶处理的温度为1000℃，时间为1.5小时；
第六步，对所述合金进行保温、冷却，保温方法为：在750℃下保温7小时，以45℃/小时炉冷至600℃，保温9小时，空冷。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)优化设计了Ni和W主要成分的加入量，使其含量达到相互协同，提高合金的高温强度，促使固溶强化的效果达到协同，改善抗热腐蚀性能。
2)添加了Ru，Re等元素，大幅度提高了合金的抗蠕变性能。
3)合金中加入Ti、B等细化晶粒的元素，提高合金的强度，所述发明的镍基高温合金在1000℃拉伸强度明显提高，塑性明显改善，抗热腐蚀性能增强，高温持久时间大幅增加。
4)所述发明的镍基高温合金相比现有技术的产品，组织稳定性明显提高。
现有技术的高温合金与本发明的高温合金力学性能典型值对比如表1。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明做进一步描述。本发明可以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。
实施例1
本实施例提供了一种镍基高温合金。该合金包括如下重量百分比的组分：C0.10％，Si 0.35％，Mn 0.65％，Fe 0.22％，Co 1.8％，Al 0.25％，Ti 0.05％，Cr 22.4％，Nb 0.20％，Mo 1.5％，W 13％，Re 0.30％，B 0.005％，Ce 1.1％，Ru 1.2％，Hf 0.8％，Ta2.5％，V 0.15％，S 0.005％，P 0.007％，N 0.02％，余量为镍和不可避免的杂质；
上述合金的制备方法包括如下步骤：
第一步，按一定比例选择原料，所有的原材料尽可能选用低S、P原料；
第二步，通过真空感应熔炼并浇铸成符合所述成分的合金块。
第三步，将合金进行三次均匀化处理，其中第一次均匀化的温度为1000℃，时间为20小时，300℃以上的加热和冷却速度均为200℃/h，第二次均匀化的温度为1200℃，时间为36小时，300℃以上的加热和冷却速度均为200℃/h，第三次均匀化的温度为1300℃，时间为50小时，300℃以上的加热和冷却速度均为200℃/h；
第四步，高温锻造所述合金，其中高温锻造的温度为1120-1190℃；
第五步，对所述合金进行固溶处理，其中固溶处理的温度为1000℃，时间为1.5小时；
第六步，对所述合金进行保温、冷却，保温方法为：在750℃下保温7小时，以45℃/小时炉冷至600℃，保温9小时，空冷。
从试块上取样，进行室温和1000℃的高温拉伸，室温时，其抗拉强度Rm为1190MPa，Rp0.2为1000MPa，延伸率为31％，1000℃，其抗拉强度Rm1110MPa，Rp0.2范围为985MPa，延伸率的范围为29％，进行1000℃，500MPa持久试验的持久时间为95h。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，其各物质的含量并不相同，具体而言，本实施例中，所述镍基高温合金包括如下重量百分比的组分：C 0.15％，Si 0.55％，Mn 0.95％，Fe3.00％，Co5.0％，Al 0.50％，Ti0.09％，Cr 24.0％，Nb0.40％，Mo 3.0％，W15.0％，Re1.0％，B 0.009％，Ce 2.0％，Ru 1.8％，Hf 3.0％，Ta 5.0％，V 0.35％，余量为镍和不可避免的杂质。
从试块上取样，进行室温和1000℃的高温拉伸，室温时，其抗拉强度Rm为1200MPa，Rp0.2为1010MPa，延伸率为31％，1000℃，其抗拉强度Rm1115MPa，Rp0.2范围为988MPa，延伸率的范围为29％，进行1000℃，500MPa持久试验的持久时间为98h。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于，其各物质的含量并不相同，具体而言，本实施例中，所述镍基高温合金包括如下重量百分比的组分：C 0.08％，Si 0.30％，Mn 0.45％，Fe 0.10％，Co 1.5％，Al 0.10％，Ti 0.03％，Cr 20.5％，Nb 0.05％，Mo 1.0％，W 12.5％，Re 0.15％，B 0.003％，Ce 0.9％，Ru 0.9％，Hf 0.5％，Ta 2.2％，V 0.08％，余量为镍和不可避免的杂质。
从试块上取样，进行室温和1000℃的高温拉伸，室温时，其抗拉强度Rm为1189MPa，Rp0.2为1001MPa，延伸率为31％，1000℃，其抗拉强度Rm1112MPa，Rp0.2范围为987MPa，延伸率的范围为29％，进行1000℃，500MPa持久试验的持久时间为99h。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于，其各物质的含量并不相同，具体而言，本实施例中，所述镍基高温合金包括如下重量百分比的组分：C 0.13％，Si 0.50％，Mn0.80％，Fe 2.80％，Co4.5％，Al 0.45％，Ti 0.08％，Cr 23.5％，Nb0.40％，Mo3.0％，W14.0％，Re1.0％，B 0.008％，Ce 1.8％，Ru 1.6％，Hf 2.5％，Ta 4.5％，V 0.3％，余量为镍和不可避免的杂质。
从试块上取样，进行室温和1000℃的高温拉伸，室温时，其抗拉强度Rm为1210MPa，Rp0.2为1015MPa，延伸率为33％，1000℃，其抗拉强度Rm1112MPa，Rp0.2范围为983MPa，延伸率的范围为29％，进行1000℃，500MPa持久试验的持久时间为100h。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于，其各物质的含量并不相同，具体而言，本实施例中，所述镍基高温合金包括如下重量百分比的组分：C 0.06％，Si 0.25％，Mn 0.40％，Fe 0.05％，Co 1.0％，Al 0.05％，Ti 0.01％，Cr 20.0％，Nb 0.01％，Mo 0.90％，W12.0％，Re 0.10％，B 0.001％，Ce 0.8％，Ru 0.8％，Hf 0.3％，Ta 2.0％，V 0.05％，余量为镍和不可避免的杂质。
从试块上取样，进行室温和1000℃的高温拉伸，室温时，其抗拉强度Rm为1215MPa，Rp0.2为1005MPa，延伸率为31％，1000℃，其抗拉强度Rm1108MPa，Rp0.2范围为985MPa，延伸率的范围为29％，进行1000℃，500MPa持久试验的持久时间为103h。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种镍基高温合金，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：C 0.06～0.15％，Si0.25～0.55％，Mn 0.40～0.95％，Fe 0.05～3.00％，Co 1.0～5.0％，Al 0.05～0.50％，Ti0.01～0.09％，Cr 20.0～24.0％，Nb 0.01～0.40％，Mo 0.90～3.0％，W 12.0～15.0％，Re0.10～1.0％，B 0.001～0.009％，Ce 0.8～2.0％，Ru 0.8～1.8％，Hf 0.3～3.0％，Ta 2.0～5.0％，V 0.05～0.35％，余量为镍和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的镍基高温合金，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：C0.08～0.13％，Si 0.30～0.50％，Mn 0.45～0.80％，Fe 0.10～2.80％，Co 1.5～4.5％，Al0.10～0.45％，Ti 0.03～0.08％，Cr 20.5～23.5％，Nb 0.05～0.40％，Mo 1.0～3.0％，W12.5～14.0％，Re 0.15～1.0％，B 0.003～0.008％，Ce 0.9～1.8％，Ru 0.9～1.6％，Hf0.5～2.5％，Ta 2.2～4.5％，V 0.08～0.3％，余量为镍和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的镍基高温合金，其特征在于，以所述镍基高温合金的重量计，所述不可避免的杂质为：S≤0.006％，P≤0.01％，[O]≤50ppm，[H]≤3ppm，N≤0.01％，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤200ppm。
4.根据权利要求1所述的镍基高温合金，其特征在于，所述合金中，C 0.10％，Si0.35％，Mn 0.65％，Fe 0.22％，Co 1.8％，Al 0.25％，Ti 0.05％，Cr 22.4％，Nb 0.20％，Mo 1.5％，W 13％，Re 0.30％，B 0.005％，Ce 1.1％，Ru 1.2％，Hf 0.8％，Ta 2.5％，V0.15％，S 0.005％，P 0.007％，N 0.02％，余量为镍和不可避免的杂质。
5.一种镍基高温合金，其特征在于，其制造方法包括以下步骤：
第一步，按一定的比例备料；
第二步，通过真空感应熔炼并浇铸合金，其中所述合金的组分及其重量百分比为C0.06～0.15％，Si 0.25～0.55％，Mn 0.40～0.95％，Fe 0.05～3.00％，Co 1.0～5.0％，Al0.05～0.50％，Ti 0.01～0.09％，Cr 20～24％，Nb 0.01～0.40％，Mo 0.90～3.0％，W12.0～15.0％，Re 0.10～1.0％，B 0.001～0.009％，Ce 0.8～2.0％，Ru 0.8～1.8％，Hf0.3～3.0％，Ta 2.0～5.0％，V 0.05～0.35％，余量为镍和不可避免的杂质；
第三步，将合金进行三次均匀化处理；
第四步，高温锻造所述合金；
第五步，对所述合金进行固溶处理；
第六步，对所述合金进行保温、冷却。
6.如权利要求5所述的镍基高温合金的制造方法，其特征是，第一次均匀化的温度为1000℃，时间为20小时，300℃以上的加热和冷却速度均为200℃/h，第二次均匀化的温度为1200℃，时间为36小时，300℃以上的加热和冷却速度均为200℃/h，第三次均匀化的温度为1300℃，时间为50小时，300℃以上的加热和冷却速度均为200℃/h。
7.如权利要求5所述的镍基高温合金的制造方法，其特征是，高温锻造的温度为1120-1190℃。
8.如权利要求5所述的镍基高温合金的制造方法，其特征是，固溶处理的温度为1000℃，时间为1.5小时。
9.如权利要求5所述的镍基高温合金的制造方法，其特征是，保温方法为：在750℃下保温7小时，以45℃/小时炉冷至600℃，保温9小时，空冷。
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