CN107760961A - 一种耐高温的合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温的合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐高温的合金材料及其制备方法，所述合金材料包括如下重量份的金属原料：30份‑50份铁、10‑12份钴、15‑25份铬、3份‑5份钼、0.5‑1份铝、3‑8份铈、1‑4份钪、0.3‑0.5份硅、0.02‑0.05份碳、0.01‑0.015份锆、0.0001‑0.001份硼、0.05‑0.2份钨。本发明的高温合金材料提高了金属的淬透性和耐磨性，增强了抗氧化性能，提高了抗高温耐腐蚀性能，使合金具有良好的韧性，可以防止高温合金材料在急冷急热的使用环境中产生炸裂。

Description

一种耐高温的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，尤其涉及一种用于抗高温氧化腐蚀、抗高温蠕变能力要求很高的金属部件的合金材料及其制备方法。
背景技术
燃气轮机热通道部件的运行温度高达1100至1400℃，在这样的超高温环境下，一般的金属和合金不能满足热通道部件所需要的机械强度和抗氧化抗腐蚀性能，因此，急需一种能够用于燃气轮机热通道部件的制造和维修的高温合金材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种耐高温的合金材料及其制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种耐高温的合金材料，包括如下重量份的金属原料：30份-50份铁、10-12份钴、15-25份铬、3份-5份钼、0.5-1份铝、3-8份铈、1-4份钪、0.3-0.5份硅、0.02-0.05份碳、0.01-0.015份锆、0.0001-0.001份硼、0.05-0.2份钨。
本发明的有益效果是：本发明的高温合金材料提高了金属的淬透性和耐磨性，增强了抗氧化性能，提高了抗高温耐腐蚀性能，使合金具有良好的韧性，可以防止高温合金材料在急冷急热的使用环境中产生炸裂。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，包括如下重量份的金属原料：35份-45份铁、10.8-11.5份钴、18-22份铬、3.5份-4.5份钼、0.6-0.8份铝、4-6份铈、2-4份钪、0.35-0.45份硅、0.02-0.04份碳、0.012-0.014份锆、0.0003-0.0008份硼、0.1-0.15份钨。
进一步，包括如下重量份的金属原料：40份铁、11份钴、20份铬、4份钼、0.7份铝、5份铈、3份钪、0.4份硅、0.03份碳、0.013份锆、0.0005份硼、0.12份钨。
一种耐高温的合金材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取如上所述重量份的金属原料，并置于真空感应炉中混合熔炼，熔炼温度为1100-1400℃；
(2)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，控制杂质元素的含量尽量低；
(3)将熔炼形成的合金材料常温冷却后进行二次熔炼，将二次熔炼得到的合金材料水冷后即得到所述高温合金材料。
进一步，所述二次熔炼的熔炼温度为1200℃-1240℃；所述常温冷却具体为，先将所述合金材料保温12-30小时后在真空感应炉中自然冷却至950℃-1000℃，再保温3小时-5小时后进行二次熔炼。
进一步，所述高温合金材料的抗拉强度Rm≥660Mpa，屈服强度RP0.2≥320Mpa，伸长率A4≥45％。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本实施例的一种耐高温的合金材料，包括如下重量份的金属原料：30份铁、10份钴、15份铬、3份钼、0.5份铝、3份铈、1份钪、0.3份硅、0.02份碳、0.01份锆、0.0001份硼、0.05份钨。
本实施例的一种耐高温的合金材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取如上所述重量份的金属原料，并置于真空感应炉中混合熔炼，熔炼温度为1100℃；
(2)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，控制杂质元素的含量尽量低；
(3)将熔炼形成的合金材料常温冷却后进行二次熔炼，将二次熔炼得到的合金材料水冷后即得到所述高温合金材料。
具体的，所述二次熔炼的熔炼温度为1200℃；所述常温冷却具体为，先将所述合金材料保温12小时后在真空感应炉中自然冷却至950℃，再保温3小时后进行二次熔炼。
具体的，所述高温合金材料的抗拉强度Rm≥660Mpa，屈服强度RP0.2≥320Mpa，伸长率A4≥45％。
本实施例的高温合金材料提高了金属的淬透性和耐磨性，增强了抗氧化性能，提高了抗高温耐腐蚀性能，使合金具有良好的韧性，可以防止高温合金材料在急冷急热的使用环境中产生炸裂。
实施例2
本实施例的一种耐高温的合金材料，包括如下重量份的金属原料：40份铁、11份钴、20份铬、4份钼、0.7份铝、5份铈、3份钪、0.4份硅、0.03份碳、0.013份锆、0.0005份硼、0.12份钨。
本实施例的一种耐高温的合金材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取如上所述重量份的金属原料，并置于真空感应炉中混合熔炼，熔炼温度为1200℃；
(2)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，控制杂质元素的含量尽量低；
(3)将熔炼形成的合金材料常温冷却后进行二次熔炼，将二次熔炼得到的合金材料水冷后即得到所述高温合金材料。
具体的，所述二次熔炼的熔炼温度为1220℃；所述常温冷却具体为，先将所述合金材料保温20小时后在真空感应炉中自然冷却至980℃，再保温4小时后进行二次熔炼。
具体的，所述高温合金材料的抗拉强度Rm≥660Mpa，屈服强度RP0.2≥320Mpa，伸长率A4≥45％。
本实施例的高温合金材料提高了金属的淬透性和耐磨性，增强了抗氧化性能，提高了抗高温耐腐蚀性能，使合金具有良好的韧性，可以防止高温合金材料在急冷急热的使用环境中产生炸裂。
实施例3
本实施例的一种耐高温的合金材料，包括如下重量份的金属原料：35份铁、10.8份钴、18份铬、3.5份钼、0.6份铝、4份铈、2份钪、0.35份硅、0.02份碳、0.012份锆、0.0003份硼、0.1份钨。
本实施例的一种耐高温的合金材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取如上所述重量份的金属原料，并置于真空感应炉中混合熔炼，熔炼温度为1300℃；
(2)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，控制杂质元素的含量尽量低；
(3)将熔炼形成的合金材料常温冷却后进行二次熔炼，将二次熔炼得到的合金材料水冷后即得到所述高温合金材料。
具体的，所述二次熔炼的熔炼温度为1230℃；所述常温冷却具体为，先将所述合金材料保温20小时后在真空感应炉中自然冷却至990℃，再保温5小时后进行二次熔炼。
具体的，所述高温合金材料的抗拉强度Rm≥660Mpa，屈服强度RP0.2≥320Mpa，伸长率A4≥45％。
本实施例的高温合金材料提高了金属的淬透性和耐磨性，增强了抗氧化性能，提高了抗高温耐腐蚀性能，使合金具有良好的韧性，可以防止高温合金材料在急冷急热的使用环境中产生炸裂。
实施例4
本实施例的一种耐高温的合金材料，包括如下重量份的金属原料：45份铁、11.5份钴、22份铬、4.5份钼、0.8份铝、6份铈、4份钪、0.45份硅、0.04份碳、0.014份锆、0.0008份硼、0.15份钨。
本实施例的一种耐高温的合金材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取如上所述重量份的金属原料，并置于真空感应炉中混合熔炼，熔炼温度为1400℃；
(2)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，控制杂质元素的含量尽量低；
(3)将熔炼形成的合金材料常温冷却后进行二次熔炼，将二次熔炼得到的合金材料水冷后即得到所述高温合金材料。
具体的，所述二次熔炼的熔炼温度为1240℃；所述常温冷却具体为，先将所述合金材料保温30小时后在真空感应炉中自然冷却至1000℃，再保温5小时后进行二次熔炼。
具体的，所述高温合金材料的抗拉强度Rm≥660Mpa，屈服强度RP0.2≥320Mpa，伸长率A4≥45％。
本实施例的高温合金材料提高了金属的淬透性和耐磨性，增强了抗氧化性能，提高了抗高温耐腐蚀性能，使合金具有良好的韧性，可以防止高温合金材料在急冷急热的使用环境中产生炸裂。
实施例5
本实施例的一种耐高温的合金材料，包括如下重量份的金属原料：50份铁、12份钴、25份铬、5份钼、1份铝、8份铈、4份钪、0.5份硅、0.05份碳、0.015份锆、0.001份硼、0.2份钨。
本实施例的一种耐高温的合金材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取如上所述重量份的金属原料，并置于真空感应炉中混合熔炼，熔炼温度为1400℃；
(2)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，控制杂质元素的含量尽量低；
(3)将熔炼形成的合金材料常温冷却后进行二次熔炼，将二次熔炼得到的合金材料水冷后即得到所述高温合金材料。
具体的，所述二次熔炼的熔炼温度为1230℃；所述常温冷却具体为，先将所述合金材料保温30小时后在真空感应炉中自然冷却至1000℃，再保温5小时后进行二次熔炼。
具体的，所述高温合金材料的抗拉强度Rm≥660Mpa，屈服强度RP0.2≥320Mpa，伸长率A4≥45％。
本实施例的高温合金材料提高了金属的淬透性和耐磨性，增强了抗氧化性能，提高了抗高温耐腐蚀性能，使合金具有良好的韧性，可以防止高温合金材料在急冷急热的使用环境中产生炸裂。
对实施例1、实施例2和实施例3中的合金材料的耐高温性能进行检测，取相同大小的实施例1、实施例2和实施例3的合金材料，分别为A、B、C。再取未添加有氧化铝和二氧化钛的合金材料D；再取添加物质与本实施例的相同，但是添加量少的合金材料E。分别对A、B、C、D、E的一个侧面进行加热，对A、B、C、D、E的另一个侧面进行温度测量，检测结果如表1所示。
表1 不同高温隔热材料的散热性能
合金材料 A B C D E
温度℃ 25 28 24 50 60
由表1可知，本实施例1-3的隔热效果远远好于合金材料D和E的隔热效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种耐高温的合金材料，其特征在于，包括如下重量份的金属原料：30份-50份铁、10-12份钴、15-25份铬、3份-5份钼、0.5-1份铝、3-8份铈、1-4份钪、0.3-0.5份硅、0.02-0.05份碳、0.01-0.015份锆、0.0001-0.001份硼、0.05-0.2份钨。
2.根据权利要求1所述一种耐高温的合金材料，其特征在于，包括如下重量份的金属原料：35份-45份铁、10.8-11.5份钴、18-22份铬、3.5份-4.5份钼、0.6-0.8份铝、4-6份铈、2-4份钪、0.35-0.45份硅、0.02-0.04份碳、0.012-0.014份锆、0.0003-0.0008份硼、0.1-0.15份钨。
3.根据权利要求2所述一种耐高温的合金材料，其特征在于，包括如下重量份的金属原料：40份铁、11份钴、20份铬、4份钼、0.7份铝、5份铈、3份钪、0.4份硅、0.03份碳、0.013份锆、0.0005份硼、0.12份钨。
4.一种耐高温的合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取权利要求1至3任一项所述重量份的金属原料，并置于真空感应炉中混合熔炼，熔炼温度为1100-1400℃；
(2)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，控制杂质元素的含量尽量低；
(3)将熔炼形成的合金材料常温冷却后进行二次熔炼，将二次熔炼得到的合金材料水冷后即得到所述高温合金材料。
5.根据权利要求4所述一种耐高温的合金材料的制备方法，其特征在于，所述二次熔炼的熔炼温度为1200℃-1240℃；所述常温冷却具体为，先将所述合金材料保温12-30小时后在真空感应炉中自然冷却至950℃-1000℃，再保温3小时-5小时后进行二次熔炼。
6.根据权利要求4所述一种耐高温的合金材料的制备方法，其特征在于，所述高温合金材料的抗拉强度Rm≥660Mpa，屈服强度RP0.2≥320Mpa，伸长率A4≥45％。
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