CN111455221B - 增材制造用钴基高温合金及其制备方法和应用、增材制造产品 - Google Patents

增材制造用钴基高温合金及其制备方法和应用、增材制造产品 Download PDF

Info

Publication number
CN111455221B
CN111455221B CN202010262893.2A CN202010262893A CN111455221B CN 111455221 B CN111455221 B CN 111455221B CN 202010262893 A CN202010262893 A CN 202010262893A CN 111455221 B CN111455221 B CN 111455221B
Authority
CN
China
Prior art keywords
percent
cobalt
additive manufacturing
temperature
alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010262893.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111455221A (zh
Inventor
周海晶
毕中南
夏天
于鸿垚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central Iron and Steel Research Institute
Gaona Aero Material Co Ltd
Original Assignee
Central Iron and Steel Research Institute
Gaona Aero Material Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central Iron and Steel Research Institute, Gaona Aero Material Co Ltd filed Critical Central Iron and Steel Research Institute
Priority to CN202010262893.2A priority Critical patent/CN111455221B/zh
Publication of CN111455221A publication Critical patent/CN111455221A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111455221B publication Critical patent/CN111455221B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/07—Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/02—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working in inert or controlled atmosphere or vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明涉及合金领域，具体而言，提供了一种增材制造用钴基高温合金及其制备方法和应用、增材制造产品。所述增材制造用钴基高温合金包括以下重量百分比的各成分：W 6‑13％、Cr 4‑5.5％、Ni 26‑38％、Al 2‑3.5％、Ti 2‑7％、Ta 2‑6％、Nb 0.5‑2％、Zr 0.01‑0.05％、Mo 0‑2％、C 0‑0.2％、B 0‑0.03％、Hf 0‑0.3％、Si 0‑0.01％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。该合金既具有较高的γ′相溶解温度，还具有较高的强度，不易开裂，适用于增材制造。

Description

增材制造用钴基高温合金及其制备方法和应用、增材制造 产品
技术领域
本发明涉及合金领域，具体而言，涉及一种增材制造用钴基高温合金及其制备方法和应用、增材制造产品。
背景技术
高温合金以其优异的高温力学性能、耐腐蚀及抗氧化性能广泛应用于航空航天、能源动力以及核工业等领域的热端部件，其中，钴基高温合金以优异的耐腐蚀性能率先在航空发动机上得到应用，但是，由于缺少γ′相沉淀强化机制，钴基高温合金的承温能力显著低于镍基高温合金，极大地限制了钴基高温合金的发展。
2006年，日本东北大学的Sato等人在Co-Al-W三元体系中发现了高温稳定存在的γ′相，其晶体结构为L12，与镍基高温合金中的γ′相相同，且溶解温度接近1000℃。研究表明：Co-Al-W三元合金在850℃和900℃的蠕变性能分别与镍基多晶合金IN100以及第一代镍基单晶高温合金RenéN4相当。γ′相强化的新型钴基高温合金表现出了巨大的发展潜力，新型钴基高温合金以通过添加合金化元素不断提高γ′相溶解温度及γ′相体积分数等高温稳定性为主要的发展方向，γ′相溶解温度已提高到1200℃以上。但是，到目前为止，新型钴基高温合金仍以铸造、锻造等为主要制备工艺。
新型钴基高温合金同时具备了传统钴基合金优良的可焊接性能和凝固性能，合金中W、Ta等密度较大的合金元素在凝固过程中的偏析系数显著低于镍基高温合金中该类合金元素的偏析系数，不易形成凝固缺陷。因此，新型钴基高温合金可能非常适用于增材制造等先进的制备工艺，但迄今为止，尚未有新型钴基高温合金用于增材制造的报道。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种增材制造用钴基高温合金，该合金具有较高的γ′相溶解温度，还具有较高的强度，不易开裂，适用于增材制造。
本发明的第二目的在于提供一种上述增材制造用钴基高温合金的制备方法。
本发明的第三目的在于提供一种上述增材制造用钴基高温合金的应用。
本发明的第四目的在于提供一种增材制造产品。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种增材制造用钴基高温合金，包括以下重量百分比的各成分：W 6-13％、Cr 4-5.5％、Ni 26-38％、Al 2-3.5％、Ti 2-7％、Ta 2-6％、Nb 0.5-2％、Zr 0.01-0.05％、Mo 0-2％、C 0-0.2％、B 0-0.03％、Hf 0-0.3％、Si 0-0.01％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
作为进一步优选的技术方案，所述合金包括以下重量百分比的各成分：W 7-13％、Cr 4-5％、Ni 28-38％、Al 2-3.5％、Ti 2.5-7％、Ta 2-5.5％、Nb 0.5-2％、Zr 0.01-0.05％、Mo 0-2％、C 0-0.2％、B 0-0.03％、Hf 0-0.3％、Si 0-0.01％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％；
优选地，所述合金包括以下重量百分比的各成分：W 8-12％、Cr 4.5-5％、Ni 30-35％、Al 2-3％、Ti 3-6％、Ta 3-5％、Nb 1-2％、Zr 0.01-0.05％、Mo 0.5-1.5％、C 0.05-0.1％、B 0.01-0.03％、Hf 0.1-0.3％、Si 0.005-0.01％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
作为进一步优选的技术方案，所述合金包括A1晶体结构的γ基体相和L12晶体结构的γ′析出相；
优选地，γ′析出相的体积分数为40-60％。
第二方面，本发明提供了一种上述增材制造用钴基高温合金的制备方法，包括：将各成分的金属单质进行熔炼，浇铸后得到所述增材制造用钴基高温合金。
作为进一步优选的技术方案，所述熔炼包括真空感应熔炼；
优选地，浇铸后还依次包括固溶处理和任选的时效处理的步骤，然后得到所述增材制造用钴基高温合金；
优选地，固溶处理在惰性气体保护下进行；
优选地，固溶处理的温度为1250-1350℃，时间为22-26h；
优选地，时效处理的温度为950-1050℃，时间为45-55h℃。
作为进一步优选的技术方案，在熔炼前还包括以下步骤：将Co、Ni和Cr放置于坩埚底部，然后将W、Ta、Zr、任选的Mo、任选的Nb和任选的Hf放置于坩埚内，最后将Al、Ti、任选的C、任选的Si和任选的B放入料斗中。
作为进一步优选的技术方案，所述熔炼包括：首先加热5-10分钟排除原料上的附着气体，然后升温至1500-1550℃，保温8-12分钟，再降温至1300-1400℃，保温4-6分钟，再加入料斗中的Al、Ti、任选的C、任选的Si和任选的B，再次升温至1500-1550℃，保温13-18分钟。
作为进一步优选的技术方案，加热功率为110-130kW；
优选地，升温时的功率为190-210kW。
第三方面，本发明提供了一种上述增材制造用钴基高温合金或上述制备方法得到的增材制造用钴基高温合金在增材制造中的应用。
第四方面，本发明提供了一种采用上述增材制造用钴基高温合金或上述制备方法得到的增材制造用钴基高温合金制成的增材制造产品。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的增材制造用钴基高温合金包括特定含量的W、Cr、Ni、Al、Ti、Ta、Nb、Zr、Co、任选的Mo、任选的C、任选的B、任选的Hf和任选的Si，特别是对γ′相形成元素W、Ni、Al、Ti、Ta、Nb和Mo元素含量的优化，使得该合金既具有较高的γ′相溶解温度，还具有较高的强度，不易开裂，适用于增材制造(俗称3D打印)。
附图说明
图1为实施例10中增材制造用钴基高温合金在1000℃时效处理50h后的SEM图。
图2为对比例2中增材制造用钴基高温合金在1000℃时效处理50h后的SEM图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
发明人经研究发现，析出相过高的体积分数以及过快的析出速度均会使合金在增材制造制备过程中产生较大残余应力导致工件变形甚至诱发裂纹萌生。但以往以提高γ′相溶解温度为主要目的的合金成分设计思路会同时提高γ′相的体积分数，不适用于增材制造用新型钴基高温合金的成分设计。因此，有必要调整合金元素含量，在不显著影响γ′相溶解温度的前提下通过适当降低合金中γ′相体积分数以及析出速度调整相变应力，并适当调整固液相区宽度以及析出相在晶界的析出行为，降低合金开裂倾向，开发出一种适用于增材制造的新型钴基高温合金。本申请的发明人经过科学的设计以及大量的试验，得到了一种γ′相体积分数较低且γ′相溶解温度无明显降低的钴基高温合金，该合金不易开裂，适用于增材制造，且耐高温能力好。
根据本发明的一个方面，在至少一个实施例中提供了一种增材制造用钴基高温合金，包括以下重量百分比的各成分：W 6-13％、Cr 4-5.5％、Ni 26-38％、Al 2-3.5％、Ti 2-7％、Ta 2-6％、Nb 0.5-2％、Zr 0.01-0.05％、Mo 0-2％、C 0-0.2％、B 0-0.03％、Hf 0-0.3％、Si 0-0.01％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
上述增材制造用钴基高温合金包括特定含量的W、Cr、Ni、Al、Ti、Ta、Nb、Zr、Co、任选的Mo、任选的C、任选的B、任选的Hf和任选的Si，特别是对γ′相形成元素W、Ni、Al、Ti、Ta、Nb和Mo元素含量的优化，使得该合金既具有较高的γ′相溶解温度，还具有较高的强度，不易开裂，适用于增材制造(俗称3D打印)。
其中：
钴基高温合金是高温合金中的一种，是γ′相强化的钴基合金，具有良好的高温组织稳定性、力学性能及抗氧化能力。
W：γ′相形成元素，提高γ′相溶解温度和稳定性，能够显著提高γ′相体积分数，且固溶强化效果明显，能够控制γ′相的粗化速率。本发明中，为了在不明显降低γ′相溶解温度的同时适当降低γ′相体积分数以及γ′相粗化速率，因此，W含量为6-13％。
Cr：γ相形成元素，具有固溶强化效果，高温下在金属表面形成氧化层提高合金抗氧化性能，但过高Cr含量会促进有害二次相析出，增加工件开裂倾向，因此，Cr含量为4-5.5％。
Ni：γ′相形成元素，明显提高γ/γ′两相区范围并提高γ′相稳定性，但过高的Ni含量会增加γ′相粗化速率，增加工件开裂倾向，因此，Ni含量为26-38％。
Al：γ′相形成元素，提高γ′相溶解温度和稳定性，且能够显著提高γ′相体积分数。本发明中，为了在不明显降低γ′相溶解温度的同时适当降低γ′相体积分数，因此，Al含量为2-3.5％。
Ti：γ′相形成元素，明显提高γ′相溶解温度和稳定性，且能够增强合金的高温力学性能，但Ti含量的提高也会降低固相线温度并增加γ′相粗化速率，因此，Ti含量为2-7％。
Ta：γ′相形成元素，明显提高γ′相溶解温度和稳定性，且能够增强合金的高温力学性能，但过高的Ta含量会促进有害二次相的析出，增加工件开裂倾向。本发明中，为了在Al、W含量较低的条件下不明显降低γ′相溶解温度，因此，Ta含量为2-6％。
Nb：γ′相形成元素，能够提高γ′相溶解温度并增强合金高温力学性能，但过高的Nb含量会促进有害二次相析出，因此，Nb含量为0.5-2％。
Zr：晶界强化元素，能够起到净化晶界的作用，且能够提高合金塑性，但Zr含量过高会降低固相线温度，因此，Zr含量为0.01-0.05％。
Mo：γ′相形成元素，且具有固溶强化效果，能够降低γ′相粗化速率，但过高Mo含量会降低γ′相溶解温度并促进有害二次相析出，因此，Mo含量为0-2％。
C：晶界强化元素，在合金熔炼过程中有利于脱氧，提高合金纯度。在增材制造过程中能够在晶界形成弥散分布的碳化物，提高零部件力学性能。但过高C含量会导致连续碳化物在晶界析出，不利于合金的力学性能。因此C含量为0-0.2％。
B：晶界强化元素，增加合金塑性，有利于增材制造过程中晶界的协调变形，但B含量过高形成的大量硼化物不利于合金力学性能，因此，B含量为0-0.03％。
Hf：能够净化晶界，但Hf含量过高会促进有害二次相的析出，因此，Hf含量为0-0.3％。
Si：有利于提高合金抗氧化性能，但Si含量过高会降低合金力学性能，需严格限制Si的含量，因此，Si含量为0-0.01％。
本发明中，按重量百分比计，各成分的含量典型但非限制性的为：
W 6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％或13％；
Cr 4％、4.1％、4.2％、4.5％、4.7％、4.9％、5％、5.1％、5.2％、5.3％、5.4％或5.5％；
Ni 26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％或38％；
Al 2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％、3.2％、3.4％或3.5％；
Ti 2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％或7％；
Ta 2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％或6％；
Nb 0.5％、0.6％、0.8％、1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％或2％；
Zr 0.01％、0.02％、0.03％、0.04％或0.05％；
Mo 0、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％或2％；
C 0、0.05％、0.1％、0.15％或0.2％；
B 0、0.01％、0.02％或0.03％；
Hf 0、0.05％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％或0.3％；
Si 0％、0.005％或0.01％；
Co余量是指合金中除W、Cr、Ni、Al、Ti、Ta、Nb、Zr、任选的Mo、任选的C、任选的B、任选的Hf、任选的Si和任选的其他成分(例如Y等)外，Co的重量百分含量。
在一种优选的实施方式中，所述合金包括以下重量百分比的各成分：W 7-13％、Cr4-5％、Ni 28-38％、Al 2-3.5％、Ti 2.5-7％、Ta 2-5.5％、Nb 0.5-2％、Zr 0.01-0.05％、Mo 0-2％、C 0-0.2％、B 0-0.03％、Hf 0-0.3％、Si 0-0.01％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
优选地，所述合金包括以下重量百分比的各成分：W 8-12％、Cr 4.5-5％、Ni 30-35％、Al 2-3％、Ti 3-6％、Ta 3-5％、Nb 1-2％、Zr 0.01-0.05％、Mo 0.5-1.5％、C 0.05-0.1％、B 0.01-0.03％、Hf 0.1-0.3％、Si 0.005-0.01％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
通过进一步优选各成分的含量，能使合金各成分之间的配合更加科学，所得合金的抗裂强度更高。
在一种优选的实施方式中，所述合金包括A1晶体结构的γ基体相和L12晶体结构的γ′析出相。L12晶体结构的γ′析出相为立方形。A1晶体结构即为奥氏体基体。L12结构的析出相有较好的热稳定性，能够起到强化合金的作用。
在一种优选的实施方式中，γ′析出相的体积分数为40-60％。上述体积分数典型但非限制性的为40％、42％、44％、46％、48％、50％、52％、54％、56％、58％或60％。当γ′析出相的体积分数在以上范围内时，合金的耐高温性能更好，并且不易开裂。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述增材制造用钴基高温合金的制备方法，包括：将各成分的金属单质进行熔炼，浇铸后得到所述增材制造用钴基高温合金。该方法工艺简单，适合工业化生产，所得钴基高温合金的力学性能好，不易开裂，且耐高温性能高。
在一种优选的实施方式中，所述熔炼包括真空感应熔炼。真空感应熔炼在电磁感应过程中会产生涡电流，使金属熔化，经真空感应熔炼的金属材料可明显地提高韧性、疲劳强度、耐腐蚀性能和高温蠕变性能等多种性能。真空感应熔炼时采用真空感应炉进行。
优选地，浇铸后还依次包括固溶处理和任选的时效处理的步骤，然后得到所述增材制造用钴基高温合金。固溶处理是指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺，固溶处理能够获得适宜的晶粒度，保证合金的高温抗蠕变性能。时效处理，指金属或合金工件经固溶处理，从高温淬火或经过一定程度的冷加工变形后，在较高的温度或室温放置保持其形状、尺寸，性能随时间而变化的热处理工艺，经过时效处理，合金硬度和强度有所增加。
优选地，固溶处理在惰性气体保护下进行。惰性气体包括但不限于氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)或氙(Xe)等。
优选地，固溶处理的温度为1250-1350℃，时间为22-26h。以上温度典型但非限制性的为1250、1260、1270、1280、1290、1300、1310、1320、1330、1340或1350℃，时间典型但非限制性的为22、23、24、25或26h。
优选地，时效处理的温度为950-1050℃，时间为45-55h。以上温度典型但非限制性的为950、960、970、980、990、1000、1010、1020、1030、1040或1050℃，时间典型但非限制性的为45、46、47、48、49、50、51、52、53、54或55h。
当固溶处理或时效处理的温度和时间在以上范围内时，能够进一步提高合金的强度。
在一种优选的实施方式中，在熔炼前还包括以下步骤：将Co、Ni和Cr放置于坩埚底部，然后将W、Ta、Zr、任选的Mo、任选的Nb和任选的Hf放置于坩埚内，最后将Al、Ti、任选的C、任选的Si和任选的B放入料斗中。Co、Ni和Cr的熔点较低，放置于坩埚底部有利于其快速熔融，Al、Ti、任选的C、任选的Si和任选的B放入料斗中可便于其在熔炼的过程当中加入。
在一种优选的实施方式中，所述熔炼包括：首先加热5-10分钟排除原料上的附着气体，然后升温至1500-1550℃，保温8-12分钟，再降温至1300-1400℃，保温4-6分钟，再加入料斗中的Al、Ti、任选的C、任选的Si和任选的B，再次升温至1500-1550℃，保温13-18分钟。采用以上工艺进行熔炼所得合金在1000℃的屈服强度能够达到100MPa以上。
加热时间例如为5、6、7、8、9或10分钟。典型但非限制性地，第一次升温至1500、1510、1520、1530、1540或1550℃。第一次升温至1500-1500℃后，保温时间典型但非限制性的为8、9、10、11或12分钟。降温的温度典型但非限制性的为1300、1310、1320、1330、1340、1350、1360、1370、1380、1390或1400℃，保温时间典型但非限制性的为4、5或6分钟。典型但非限制性地，再次升温至1500、1510、1520、1530、1540或1550℃。再次升温后的保温时间典型但非限制性的为13、14、15、16、17或18分钟。
在一种优选的实施方式中，加热功率为110-130kW。上述功率典型但非限制性的为110、112、114、116、118、120、122、124、126、128或130kW。该加热功率相对较低，能够使原料上的附着气体充分排除，避免气体夹杂在合金中对合金性能带来不利影响。
优选地，升温时的功率为190-210kW。上述功率典型但非限制性的为190、192、194、196、198、200、202、204、206、208或210kW。上述功率相对较高，能够使金属快速升温熔融，提高制备效率。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述增材制造用钴基高温合金在增材制造中的应用。将上述增材制造用钴基高温合金应用于增材制造中，能有效提高制造产品的强度，使其不易开裂，并提高其耐高温性能。
根据本发明的另一方面，提供了一种采用上述增材制造用钴基高温合金制成的增材制造产品。该增材制造产品采用上述增材制造用钴基高温合金制成，因而至少具有强度高、不易开裂和耐高温性能好的优点。
上述“增材制造产品”是指采用增材制造技术直接或间接获得的实体物品，包括但不限于航空零部件或电子零部件等。
下面结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
一种增材制造用钴基高温合金，包括以下重量百分比的各成分：W 6％、Cr 5.5％、Ni 38％、Al 3.5％、Ti 2％、Ta 2％、Nb 0.5％、Zr 0.01％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
实施例2
一种增材制造用钴基高温合金，包括以下重量百分比的各成分：W 13％、Cr 4％、Ni 26％、Al 2％、Ti 6.5％、Ta 5.5％、Nb 2％、Zr 0.05％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
实施例3
一种增材制造用钴基高温合金，包括以下重量百分比的各成分：W 7％、Cr 5％、Ni38％、Al 3.5％、Ti 2.5％、Ta 5.5％、Nb 0.5％、Zr 0.05％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
与实施例1和2不同的是，本实施例中各成分的含量均在本发明优选范围内。
实施例4
一种增材制造用钴基高温合金，包括以下重量百分比的各成分：W 11％、Cr4.5％、Ni 35％、Al 3％、Ti 6％、Ta 5％、Nb 1％、Zr 0.03％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
与实施例3不同的是，本实施例中各成分的含量均在本发明进一步优选范围内。
实施例5
一种增材制造用钴基高温合金，包括以下重量百分比的各成分：W 10％、Cr4.5％、Ni 30％、Al 3％、Ti 4％、Ta 4％、Nb 1％、Zr 0.03％、Mo 0.3％、C 0.02％、B0.005％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
实施例6
一种增材制造用钴基高温合金，包括以下重量百分比的各成分：W 10％、Cr4.5％、Ni 30％、Al 3％、Ti 4％、Ta 4％、Nb 1％、Zr 0.03％、Hf 0.05％、Si 0.1％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
实施例7
一种增材制造用钴基高温合金，包括以下重量百分比的各成分：W 10％、Cr4.5％、Ni 30％、Al 3％、Ti 4％、Ta 4％、Nb 1％、Zr 0.03％、Mo 0.3％、C 0.02％、B0.005％、Hf 0.05％、Si 0.1％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
实施例8
一种增材制造用钴基高温合金，包括以下重量百分比的各成分：W 11％、Cr4.5％、Ni 35％、Al 3％、Ti 4％、Ta 4％、Nb 1％、Zr 0.03％、Mo 1％、C 0.1％、B 0.02％、Hf 0.2％、Si 0.01％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
实施例9-24
实施例9-24也分别提供了增材制造用钴基高温合金，其各成分及其重量百分含量见表1。
表1
实施例 Co W Cr Ni Al Ti Ta Mo Nb C B Hf Si Zr
9 余 12.8 5.1 28.5 3 3.1 2.9 0 0.5 0 0 0 0 0.02
10 余 9.2 5.2 37.3 3.5 3.2 3 0 0.5 0 0 0 0 0.03
11 余 11.8 5 28.3 2.9 2.5 4.9 0 0.5 0 0 0 0 0.05
12 余 9.2 5.2 37.2 3.5 3 3.6 0 0.5 0 0 0 0 0.01
13 余 12 4.3 29 2.9 3.2 3 0 0.5 0.07 0 0 0 0.01
14 余 12 4.3 29 2.9 3.2 3 0 0.5 0.07 0 0.3 0 0.01
15 余 12 4.3 29 2.9 3.2 3 0 0.5 0.07 0.01 0 0 0.01
16 余 12 4.3 29 2.9 3.2 3 0 0.5 0.07 0.01 0.3 0.005 0.01
17 余 12 4.3 29 2.9 3.2 3 0 0.5 0 0.01 0.3 0.005 0.01
18 余 6.2 4.4 34.9 2.1 3.3 3 0 0.5 0.07 0 0 0.005 0.02
19 余 6.2 4.4 34.9 3.1 3.3 3 0 0.5 0.07 0 0.3 0.005 0.02
20 余 6.2 4.4 34.9 3.1 3.3 3 0 0.5 0.07 0.01 0 0.01 0.02
21 余 6.2 4.4 34.9 3.1 3.3 3 0 0.5 0.07 0.01 0.3 0.01 0.04
22 余 12 4.2 33.4 2.8 3.1 2.9 1.6 1.5 0.07 0.01 0.3 0.01 0.05
23 余 6.2 4.4 34.5 3.1 3.2 3 1.6 1.6 0.07 0.01 0.3 0.01 0.05
24 余 12.2 8.6 34 2.9 3.2 3 0 2 0.07 0.01 0.3 0.01 0.05
对比例1
一种增材制造用钴基高温合金，包括以下重量百分比的各成分：W 5.99％、Cr6％、Ni 25％、Al 4％、Ti 1.99％、Ta 6.01％、Nb 2.5％、Zr 0.1％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
对比例2
一种增材制造用钴基高温合金，包括以下重量百分比的各成分：W 14％、Cr3.5％、Ni 40％、Al 1.9％、Ti 7.5％、Ta 1％、Nb 0.3％、Zr 0.005％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
与实施例1不同的是，对比例1和2中W、Cr、Ni、Al、Ti、Ta、Nb和Zr的含量不在本发明所提供的范围内。
对比例3
一种增材制造用钴基高温合金，包括以下重量百分比的各成分：W 5.99％、Cr6％、Ni 25％、Al 4％、Ti 1.99％、Ta 6.01％、Nb 2.5％、Zr 0.1％、Mo 3％、C 0.3％、Hf0.4％、Si 0.02％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
与实施例1不同的是，本对比例中W、Cr、Ni、Al、Ti、Ta、Nb和Zr的含量不在本发明所提供的范围内，Mo、C、Hf和Si的含量不在本发明优选范围内。
对比例4
一种增材制造用钴基高温合金，包括以下重量百分比的各成分：W 6％、Cr 5.5％、Ni 26％、Al 2％、Ta 6％、Nb 0.5％、Zr 0.01％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
与实施例1不同的是，本对比例中不含Ti，相应的Co含量也不同。
以上各实施例和各对比例中的增材制造用钴基高温合金采用以下方法进行制备：将Co、Ni和Cr放置于坩埚底部，然后将W、Ta、Zr、任选的Mo、任选的Nb和任选的Hf放置于坩埚内，最后将Al、Ti、任选的C、任选的Si和任选的B放入料斗中；先用120kW功率加热排除原料上的附着气体，然后大功率200kW升温至1500℃，保温10分钟，再降温至1350℃，保温5分钟，再加入料斗中的Al、Ti、任选的C、任选的Si和任选的B，再次大功率200kW升温至1500℃，保温15分钟；浇铸，然后在氩气保护气氛下，在1300℃固溶处理24h，空冷；然后在1000℃时效处理50h，淬火冷却，得到所述高温合金。
图1为实施例10中增材制造用钴基高温合金在1000℃时效处理50h后的SEM图，从图中可以看出，γ′相为立方状，体积分数为57.8％，表明其可在1000℃形成形貌立方且γ′相体积分数在40-60％的γ/γ′两相组织。
图2为对比例2中增材制造用钴基高温合金在1000℃时效处理50h后的SEM图，从图中可以看出，其合金中γ′相体积分数过高(高于80％)，因此在打印过程中极易开裂，不适用于增材制造。
分别对各实施例和各对比例的合金进行DSC测试，以确定γ′相溶解温度，并采用Gleeble测试高温力学性能，记录其1000℃下的屈服强度，结果见表2。
表2
Figure BDA0002439312220000151
Figure BDA0002439312220000161
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种增材制造用钴基高温合金，其特征在于，包括以下重量百分比的各成分：W 7-13％、Cr 4-5.5％、Ni 28-38％、Al 2-3.5％、Ti 2.5-7％、Ta 2-5.5％、Nb 0.5-2％、Zr0.01-0.05％、Mo 0-2％、C 0-0.2％、B 0-0.03％、Hf 0-0.3％、Si 0-0.01％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％；
所述合金包括A1晶体结构的γ基体相和L12晶体结构的γ′析出相；
其中，γ′析出相的体积分数为40-60％；
所述的增材制造用钴基高温合金的制备方法，包括如下步骤：
将各成分的金属单质进行熔炼，浇铸后还依次包括固溶处理和任选的时效处理的步骤，然后得到所述增材制造用钴基高温合金；
固溶处理的温度为1250-1350℃，时间为22-26h；
时效处理的温度为950-1050℃，时间为45-55h。
2.根据权利要求1所述的增材制造用钴基高温合金，其特征在于，所述合金包括以下重量百分比的各成分：W 8-12％、Cr 4.5-5％、Ni 30-35％、Al 2-3％、Ti 3-6％、Ta 3-5％、Nb1-2％、Zr 0.01-0.05％、Mo 0.5-1.5％、C 0.05-0.1％、B 0.01-0.03％、Hf 0.1-0.3％、Si0.005-0.01％和Co余量，各成分的重量百分比之和为100％。
3.根据权利要求1所述的增材制造用钴基高温合金，其特征在于，所述熔炼包括真空感应熔炼。
4.根据权利要求1所述的增材制造用钴基高温合金，其特征在于，固溶处理在惰性气体保护下进行。
5.根据权利要求1-4任一项所述的增材制造用钴基高温合金，其特征在于，在熔炼前还包括以下步骤：将Co、Ni和Cr放置于坩埚底部，然后将W、Ta、Zr、任选的Mo、Nb和任选的Hf放置于坩埚内，最后将Al、Ti、任选的C、任选的Si和任选的B放入料斗中。
6.根据权利要求5所述的增材制造用钴基高温合金，其特征在于，所述熔炼包括：首先加热5-10分钟排除原料上的附着气体，然后升温至1500-1550℃，保温8-12分钟，再降温至1300-1400℃，保温4-6分钟，再加入料斗中的Al、Ti、任选的C、任选的Si和任选的B，再次升温至1500-1550℃，保温13-18分钟。
7.根据权利要求6所述的增材制造用钴基高温合金，其特征在于，加热功率为110-130kW。
8.根据权利要求6所述的增材制造用钴基高温合金，其特征在于，升温时的功率为190-210kW。
9.权利要求1-8任一项所述的增材制造用钴基高温合金在增材制造中的应用。
10.采用权利要求1-8任一项所述的增材制造用钴基高温合金制成的增材制造产品。
CN202010262893.2A 2020-04-03 2020-04-03 增材制造用钴基高温合金及其制备方法和应用、增材制造产品 Active CN111455221B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010262893.2A CN111455221B (zh) 2020-04-03 2020-04-03 增材制造用钴基高温合金及其制备方法和应用、增材制造产品

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010262893.2A CN111455221B (zh) 2020-04-03 2020-04-03 增材制造用钴基高温合金及其制备方法和应用、增材制造产品

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111455221A CN111455221A (zh) 2020-07-28
CN111455221B true CN111455221B (zh) 2022-01-21

Family

ID=71674899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010262893.2A Active CN111455221B (zh) 2020-04-03 2020-04-03 增材制造用钴基高温合金及其制备方法和应用、增材制造产品

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111455221B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115138863A (zh) * 2021-03-31 2022-10-04 泰州市新龙翔金属制品有限公司 一种能够提高医用钴基合金抗菌功能的制备方法
US20230094413A1 (en) * 2021-09-30 2023-03-30 Daido Steel Co., Ltd. Cobalt-based alloy product and method for producing cobalt-based alloy product
CN114941096B (zh) * 2022-05-17 2022-12-09 西北有色金属研究院 一种适用于增材制造的钨基合金及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102816965A (zh) * 2011-06-09 2012-12-12 通用电气公司 钴-镍基合金和由此制造物品的方法
WO2013089218A1 (ja) * 2011-12-15 2013-06-20 独立行政法人物質・材料研究機構 ニッケル基耐熱超合金
CN108315600A (zh) * 2018-04-12 2018-07-24 北京科技大学 一种γ＇相强化钴基高温合金及其制备方法
CN108385010A (zh) * 2018-04-04 2018-08-10 北京科技大学 一种低密度、高组织稳定性的钴基高温合金及其制备方法
CN109321786A (zh) * 2018-12-14 2019-02-12 北京科技大学 一种钴基高温合金及其制备方法
CN110592432A (zh) * 2019-09-25 2019-12-20 北京北冶功能材料有限公司 一种钴基变形高温合金及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102816965A (zh) * 2011-06-09 2012-12-12 通用电气公司 钴-镍基合金和由此制造物品的方法
WO2013089218A1 (ja) * 2011-12-15 2013-06-20 独立行政法人物質・材料研究機構 ニッケル基耐熱超合金
CN108385010A (zh) * 2018-04-04 2018-08-10 北京科技大学 一种低密度、高组织稳定性的钴基高温合金及其制备方法
CN108315600A (zh) * 2018-04-12 2018-07-24 北京科技大学 一种γ＇相强化钴基高温合金及其制备方法
CN109321786A (zh) * 2018-12-14 2019-02-12 北京科技大学 一种钴基高温合金及其制备方法
CN110592432A (zh) * 2019-09-25 2019-12-20 北京北冶功能材料有限公司 一种钴基变形高温合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111455221A (zh) 2020-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111187946B (zh) 一种高铝含量的镍基变形高温合金及制备方法
CN111235434B (zh) 一种高温使用的镍基变形高温合金轮盘锻件的制备方法
CN108385010B (zh) 一种低密度、高组织稳定性的钴基高温合金及其制备方法
CN111455221B (zh) 增材制造用钴基高温合金及其制备方法和应用、增材制造产品
CN111500917B (zh) 一种高强韧性中熵高温合金及其制备方法
CN114032481B (zh) 高合金化高温合金材料均质化的方法
EP2246449B1 (en) Ni-base superalloy with excellent segregation properties
JP2023545863A (ja) 耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金、及び耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金の製造方法及び応用
CN111455220B (zh) 一种组织稳定的第三代镍基单晶高温合金及制备方法
CN108315600B (zh) 一种γ＇相强化钴基高温合金及其制备方法
CN109576534B (zh) 一种低钨含量γ′相强化钴基高温合金及其制备工艺
CN113604706B (zh) 一种低密度低膨胀高熵高温合金及其制备方法
CN111500896A (zh) 一种强化γ′相的第三代镍基单晶高温合金及制备方法
CN103173865B (zh) 一种低成本镍基单晶高温合金及其制备方法
CN113943909A (zh) 提高gh141难变形高温合金热塑性的方法
CN114561517A (zh) 一种低密度高塑韧性钢及其制备方法和应用
CN111074332A (zh) 一种快速消除单晶高温合金中微观偏析的热处理方法
CN114226610A (zh) 一种大规格高温合金铸锭的开坯方法及制得的棒材
CN114164357B (zh) 一种低成本、低密度镍基单晶高温合金
CN114164356B (zh) 一种高强度镍基单晶高温合金
CN113564717A (zh) 一种Ni3Al基单晶高温合金及其制备方法
CN115011844B (zh) 一种含铼无钨低比重镍基单晶高温合金及其热处理工艺
CN115852226B (zh) 一种超超临界汽轮机紧固件用低膨胀合金及其制备方法
TWI663263B (zh) 高抗潛變等軸晶鎳基超合金
CN116162845B (zh) 一种改善高硅奥氏体不锈钢热塑性的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant