CN1086208C - 一种铸造镍基高温合金 - Google Patents
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Abstract
一种铸造镍基高温合金，其特征在于：合金成分如下(重量%)(见右式)其中杂质含量：S≤0.01，P≤0.01，Si≤0.2，Pb≤0.0005，Bi≤0.0001，Mn≤0.2，Fe≤0.5。本发明不仅具有较高的初熔温度，又具有高的抗冷热疲劳性能和低的密度，可以满足有更高使用性能要求的航空发动机的需要。
Description
本发明涉及材料科学，特别提供了一种用于航空发动机的铸造用镍基高温合金。
随着航空发动机的发展，其涡轮前温度不断提高，要求涡轮材料有更高的耐热性。象导向叶片，是发动机上受热冲击最大的零件之一，因此叶片材料必须有较高的初熔温度和良好的抗冷热疲劳性能，以避免温度的激烈变化和高温引起的裂纹和烧伤。对于涡轮叶片，工作温度虽然比导向叶片低一些，但仍然要受高温燃气的冲击，因此抗冷热疲劳同样是重要的性能要求。同时，为了提高发动机的推重比，涡轮材料要尽力设法降低密度。根据上述分析可以看出，研制一个有高的初熔温度，高抗冷热疲劳性能，低密度的叶片合金是很必要的。从现有铸造叶片合金看，往往是具有低密度时，初熔温度较低，而具有高初熔温度的合金，密度又较高。
本发明的目的在于提供一种铸造叶片合金，不仅具有较高的初熔温度，又具有高的抗冷热疲劳性能和低的密度，可以满足有更高使用性能要求的航空发动机的需要。
本发明提供了一种铸造镍基高温合金，其特征在于：合金成分如下(重量百分数)
C B Ce Co Cr
0.07～0.13 0.007～0.012 0.002～0.02 9.0～11.0 8.5～9.5
Mo Al Ti Ni
2.5～3.5 4.8～5.7 4.1～4.7 余
其杂质含量元素控制为：S≤0.01，P≤0.01，Si≤0.2，Pb≤0.0005，Bi≤0.0001，Mn≤0.2，Fe≤0.5。
本发明中最佳成份为C 0.10，B 0.01，Ce 0.005，Co 10.0，Cr 9.0，Mo3.0，Al 5.5，Ti 4.4，Ni余。
本发明是在K417G合金的基础上，适当的调整了C、B、V、Zr和Ce等微量元素的含量，通过现有的冶炼、铸造工艺而获得的新铸造高温合金。
试验证明：C含量(重量百分数)由原合金控制成分0.17降为0.10，可使合金中大块碳化物数量减少，因此在碳化物及其与其体交界处产生裂纹的机率下降，使合金冷热疲劳性能明显提高；B含量(重量百分数)由原合金控制成分0.017降为0.010，不仅使合金冷热疲劳性能提高，同时使合金初熔温度显著提高；去掉原合金中的V，并不降低合金基本性能，便可以提高冷热疲劳性能；去掉合金中的Zr，由于明显地降低了合金的界偏析，因而大幅度提高合金初熔温度，可提高达90℃；合金中加入微量稀土元素Ce，可以使合金中残存的S、O等有害杂质明显减少，降低了它们的有害作用，同时可提高合金抗氧化能力，因而不仅提高了合金的高温持久性能，同时明显提高冷热疲劳性能。但稀土残余量不能过高，否则对性能有害。
本发明合金采用真空感应炉冶炼母合金和浇注试样及零件。铸造工艺同K417G合金。
在原镍基合金基础上，仅通过微量元素C、B、V、Zr和Ce的适当调整，而发展了一个新合金。它保持原合金的密度低，强度高，组织稳定等突出优点的同时，使合金初熔温度提高了85℃，冷热疲劳性能提高了70％以上，可以满足有更高使用温度和性能要求的发动机做叶片材料的需要。
下面通过实施例详述本发明。
实施例
1.合金成分(重量百分数)
C B Zr V Ce Co Cr Mo Al Ti Ni
0.088 0.010 0 0 0.005 10.08 9.04 3.02 5.68 4.42 余
2.合金制备
上述合金成分按常规K417G合金冶炼工艺冶炼及铸造成型。
3.性能
900℃拉伸：σb 691MPa，σ0.2 524MPa，δ7.6％，ψ18.8％
900℃ 314MPa持久：断裂时间138.5小时，延伸5.2％
760℃ 647MPa持久：断裂时间129小时，延伸7.0％
初熔温度：1255℃
冷热疲劳：38.0次
密度：7.85g/cm3
比较例
1.合金成分(重量百分数)
C B Zr V Ce Co Cr Mo Al Ti Ni
0.17 0.018 0.081 0.73 0 10.08 9.04 3.02 5.68 4.42 余
2.合金制备
同上实施例。
3.性能
900℃拉伸：σb 700MPa，σ0.2 563MPa，δ8.2％，ψ13.6％
900℃ 314MPa持久：断裂时间83小时，延伸6.6％
760℃ 647MPa持久：断裂时间155小时，延伸6.4％
初熔温度：1170℃
冷热疲劳：21.3次
密度：7.85g/cm3
与发明实施例比较可以看出，发明合金在保持原合金低密度、高的拉伸强度和持久性能的同时，初熔温度提高了85℃，冷热疲劳性能提高70％以上，可使用于更先进发动机用做叶片材料。
Claims (2)
1.一种铸造镍基高温合金，其特征在于合金成分重量百分数如下：C 0.07～0.13，B 0.007～0.012，Ce 0.002～0.02，Co 9.0～11.0，Cr8.5～9.5，Mo 2.5～3.5，Al 4.8～5.7，Ti 4.1～4.7，Ni余；其中杂质含量：S≤0.01，P≤0.01，Si≤0.2，Pb≤0.0005，Bi≤0.0001，Mn≤0.2，Fe≤0.5。
2.按照权利要求1所述铸造镍基高温合金，其特征在于：C 0.10，B0.01，Ce 0.005，Co 10.0，Cr 9.0，Mo 3.0，Al 5.5，Ti 4.4，Ni余。
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