CN108165780A - 一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Ni‑Cr‑Al‑Fe系高温合金的制备方法，属于高温合金技术领域。本发明将铁粉、铬粉、铝粉和镍粉进行球磨混匀得到混合物料；在压力为20~50MPa的条件下，混合物料进行压片成型得到金属片，将金属片置于真空电弧熔炼炉中，在氩气保护氛围、电磁搅拌的条件下进行电弧熔炼至合金溶液温度为1540~1560℃，进行水冷铜模浇注得到合金A；将合金A置于氩气氛围中并在温度为1200~1250℃条件下保温0.5~1.5h，然后油冷淬火，再置于氩气氛围中加热至温度为550~650℃条件下回火处理3~6h，随炉冷却至室温即得Ni‑Cr‑Al‑Fe系高温合金。本发明方法制备的Ni‑Cr‑Al‑Fe系高温合金具有较高的抗拉强度、延伸率和较好的屈服强度，能够满足燃气轮机的应用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的制备方法，属于高温合金技术领域。
背景技术
高温合金作为军民用燃气涡轮发动机热端部件不可代替的关键材料，Ni-Cr-Al-Fe合金具有较高的强度、抗氧化性能，同时具有优异的高温耐腐蚀性能等显著特点，是很有发展前途的高温结构材料。随着工业燃气轮机功率的不断提高，对高性能高温合金材料的需求也随之增加。现今Ni-Cr-Al-Fe合金的制备方法主要是铸造法和粉末冶金法。
在Ni-Cr-Al-Fe合金制备方法中，熔铸法和粉末冶金法是比较常见的制备方法。传统的熔铸方法是将原料通过真空感应熔炼或真空电弧熔炼的方法进行熔炼，然后通过细化晶粒或相关热处理工艺来改善质量与性能，该法的原料一般为纯金属锭。该方法的优点是成本低、效率高，但铸态组织晶粒粗大，成分偏析，室温塑性低，脆性大。另外，液态金属间化合物的流动性较差，凝固时补缩困难，容易产生缩孔或缩松，产生微裂纹，使铸件性能降低。粉末冶金法是将金属粉末按照一定比例配比，通过真空球磨是粉末混合均匀，将粉末压制成胚料，然后在烧结设备中进行真空烧结。该法的原料一般为高纯金属粉末。该法的优点是组织致密。晶粒细小，与铸态合金相比，强度和塑性均显著提高。该法的缺点是成本高，难以获得高的致密度，从而显著影响材料的强度、塑性和综合力学性能。另外，升温速率和烧结温度对材料组织和成分有较大影响，工艺较为复杂。
发明内容
针对现有Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的制备技术问题，本发明提供一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的制备方法，本发明使用高纯金属粉末，通过真空球磨使原料混合均匀，将混合后的粉末压制成胚料，然后在真空电弧熔炼设备中进行熔炼，在熔炼过程中加电磁搅拌，使熔体完全均匀化，使用高纯粉末和电磁搅拌进行熔炼，能够显著提高合金的纯度和致密度，从而显著提高其强度、塑性和综合力学性能；本发明方法制备的Ni-Cr-Al-Fe系合金具有良好的高温强度，优异的抗氧化性、良好的疲劳性能、断裂性能等优点，可用于航空航天工业、汽车工业和航海器件等领域。
一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的制备方法，具体步骤如下：
（1）将铁粉、铬粉、铝粉和镍粉进行球磨混匀得到混合物料；以质量百分数计，其中混合物料中铁粉占3.0~6.0%，铬粉占15.0~20.0%，铝粉占5.0~6.0%，其余为镍粉；
（2）在压力为20~50MPa的条件下，步骤（1）所得混合物料进行压片成型得到金属片，将金属片置于真空电弧熔炼炉中，在氩气保护氛围、电磁搅拌的条件下进行电弧熔炼至合金溶液温度为1540~1560℃，进行水冷铜模浇注得到合金A；
（3）将步骤（2）所得合金A置于氩气氛围中并在温度为1200~1250℃条件下保温0.5~1.5h，然后油冷淬火，再置于氩气氛围中加热至温度为550~650℃条件下回火处理3~6h，随炉冷却至室温即得Ni-Cr-Al-Fe系高温合金；
所述步骤（1）中铁粉、铬粉、铝粉和镍粉的纯度均不低于99%，铬粉、铝粉、铁粉和镍粉均过300目筛，球磨的球料比为(10~15):1，球磨时间不低于5h；
所述步骤（2）水冷铜模浇注的冷却速率为5~10 K s-1；
本发明的有益效果：
（1）本发明方法制备的Ni-Cr-Al-Fe高温合金的抗拉强度可达940MPa；
（2）本发明中Ni基高温合金中基体为γ相，由于Cr、Al元素的加入，与基体形成α-Cr和Ni3Al两种有序相，产生了明显的固溶强化；
（3）本发明方法中固溶处理使得固溶体点阵发生畸变，固溶体中滑移阻力增加而强化；时效处理是在合金工件经固溶处理后，加热保温，使得溶质组元富集或析出第二相而强化；
（4）本发明方法的工艺简单，可靠，本方法制备的Ni-Cr-Al-Fe系合金具有良好的高温强度，优异的抗氧化性、良好的疲劳性能、断裂性能等优点。
附图说明
图1为实施例1制备的Ni-Cr-Al-Fe高温合金的固溶时效后的微观组织图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的制备方法，具体步骤如下：
（1）将铁粉、铬粉、铝粉和镍粉进行球磨5h混匀得到混合物料；以质量百分数计，其中混合物料中铁粉占4.5%，铬粉占18.0%，铝粉占5.5%，其余为镍粉；铁粉、铬粉、铝粉和镍粉的纯度均为99.99%，铬粉、铝粉、铁粉和镍粉均过300目筛；球磨的球料比为12:1；
（2）在压力为20MPa的条件下，步骤（1）所得混合物料进行压片成型得到φ15×3的金属片，将金属片置于真空电弧熔炼炉中，在氩气保护氛围、电磁搅拌的条件下进行电弧熔炼至合金溶液温度为1550℃，进行水冷铜模浇注得到合金A；其中电磁搅拌可使熔体完全均匀化，同时细化析出相和基体组织；水冷铜模浇注的冷却速率为8 K s-1；
（3）将步骤（2）所得合金A置于氩气氛围中并在温度为1225℃条件下保温1.0h，然后油冷淬火，再置于氩气氛围中加热至温度为600℃条件下回火处理4h，随炉冷却至室温即得Ni-Cr-Al-Fe系高温合金；
本实施例所得Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的微观组织图如图1所示，从图1中可知，此镍基合金基体是单相组织，且为γ相，同时界面有析出相；
本实施例所得Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的力学性能测试结果如表1所示，从表1中可知，本实施例所得Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的屈服强度为628Rp0.2，抗拉强度为998MPa，伸长率A4为42%。
实施例2：一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的制备方法，具体步骤如下：
（1）将铁粉、铬粉、铝粉和镍粉进行球磨6h混匀得到混合物料；以质量百分数计，其中混合物料中铁粉占3.0%，铬粉占15.0%，铝粉占5.0%，其余为镍粉；铁粉、铬粉、铝粉和镍粉的纯度均为99.0%，铬粉、铝粉、铁粉和镍粉均过300目筛；球磨的球料比为10:1；
（2）在压力为50MPa的条件下，步骤（1）所得混合物料进行压片成型得到φ15×3的金属片，将金属片置于真空电弧熔炼炉中，在氩气保护氛围、电磁搅拌的条件下进行电弧熔炼至合金溶液温度为1540℃，进行水冷铜模浇注得到合金A；其中电磁搅拌可使熔体完全均匀化，同时细化析出相和基体组织；水冷铜模浇注的冷却速率为5 K s-1；
（3）将步骤（2）所得合金A置于氩气氛围中并在温度为1200℃条件下保温1.5h，然后油冷淬火，再置于氩气氛围中加热至温度为550℃条件下回火处理6h，随炉冷却至室温即得Ni-Cr-Al-Fe系高温合金；
本实施例所得Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的力学性能测试结果如表1所示，从表1中可知，本实施例所得Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的屈服强度为614Rp0.2，抗拉强度为985MPa，伸长率A4为48%。
实施例3：一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的制备方法，具体步骤如下：
（1）将铁粉、铬粉、铝粉和镍粉进行球磨7h混匀得到混合物料；以质量百分数计，其中混合物料中铁粉占6.0%，铬粉占20.0%，铝粉占6.0%，其余为镍粉；铁粉、铬粉、铝粉和镍粉的纯度均为99.5%，铬粉、铝粉、铁粉和镍粉均过300目筛；球磨的球料比为15:1；
（2）在压力为40MPa的条件下，步骤（1）所得混合物料进行压片成型得到φ15×3的金属片，将金属片置于真空电弧熔炼炉中，在氩气保护氛围、电磁搅拌的条件下进行电弧熔炼至合金溶液温度为1560℃，进行水冷铜模浇注得到合金A；其中电磁搅拌可使熔体完全均匀化，同时细化析出相和基体组织；水冷铜模浇注的冷却速率为10K s-1；
（3）将步骤（2）所得合金A置于氩气氛围中并在温度为1250℃条件下保温0.5h，然后油冷淬火，再置于氩气氛围中加热至温度为650℃条件下回火处理3h，随炉冷却至室温即得Ni-Cr-Al-Fe系高温合金；
本实施例所得Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的力学性能测试结果如表1所示，
表1 α-Cr、Ni3Al金属间化合物增强相的Ni-Cr-Al-Fe合金
从表1中可知，本实施例所得Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的屈服强度为590Rp0.2，抗拉强度为963MPa，伸长率A4为46%。
Claims (3)
1.一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将铁粉、铬粉、铝粉和镍粉进行球磨混匀得到混合物料；以质量百分数计，其中混合物料中铁粉占3.0~6.0%，铬粉占15.0~20.0%，铝粉占5.0~6.0%，其余为镍粉；
（2）在压力为20~50MPa的条件下，步骤（1）所得混合物料进行压片成型得到金属片，将金属片置于真空电弧熔炼炉中，在氩气保护氛围、电磁搅拌的条件下进行电弧熔炼至合金溶液温度为1540~1560℃，进行水冷铜模浇注得到合金A；
（3）将步骤（2）所得合金A置于氩气氛围中并在温度为1200~1250℃条件下保温0.5~1.5h，然后油冷淬火，再置于氩气氛围中加热至温度为550~650℃条件下回火处理3~6h，随炉冷却至室温即得Ni-Cr-Al-Fe系高温合金。
2.根据权利要求1所述Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的制备方法，其特征在于：步骤（1）中铁粉、铬粉、铝粉和镍粉的纯度均不低于99%，铬粉、铝粉、铁粉和镍粉均过300目筛，球磨的球料比为(10~15):1，球磨时间不低于5h。
3.根据权利要求1所述Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的制备方法，其特征在于：步骤（2）水冷铜模浇注的冷却速率为5~10 K s-1。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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