CN111534719B - 一种镍钴基变形高温合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种镍钴基变形高温合金及其制备方法，涉及高温合金技术领域。主要采用的技术方案为：所述镍钴基变形高温合金中具有特殊晶界，特殊晶界的体积分数≥25％。所述镍钴基变形高温合金的制备方法，包括如下步骤：对热轧处理后的镍钴基高温合金进行固溶处理；将固溶处理后的镍钴基高温合金进行总变形量为50‑80％的冷轧；在真空或氢还原环境中，将变形处理后的镍钴基高温合金在0.8‑0.9Tm的温度下退火5‑30min；对退火处理后的镍钴基高温合金进行时效处理，得到镍钴基变形高温合金。本发明主要用于将特殊晶界引入镍钴基变形高温合金中，并提高特殊晶界的体积分数，在不增加合金化程度的前提下，改善合金的强度，为镍钴基变形高温合金作为高温结构件提供强度保障。

Description

一种镍钴基变形高温合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高温合金技术领域，特别是涉及一种镍钴基变形高温合金及其制备方法。

背景技术

高温合金是航空动力、燃气轮机、超临界电站、核能和石化等领域中的关键材料，其性能是决定国家科技发展水平的一个重要的标志。变形高温合金的板材或箔材可以作为飞行器外面板的热防护构件、发动机的火焰筒或燃烧室；这些应用领域服役环境苛刻，需要变形高温合金具备轻质、耐热腐蚀以及长高温持久寿命等特性，以满足飞行器轻量化和高马赫的性能指标，使其具有优良的机动性。

随着技术的发展，为了满足航空航天动力系统或者其他高端装备日益苛刻的性能要求，研究者通过不断的提高合金化程度或者添加稀贵金属来提高材料的承温能力或高温强度水平。但是，这种方法会导致金属原材料及回收再利用的成本提高，同时合金冶炼和热加工难度增大。并且，通过提高合金化程度提升高温合金性能的传统方式也遇到了瓶颈，减缓了高温合金更新换代的速度。因此，迫切需求一种能强化镍钴基变形高温合金的特殊方法，使合金的性能满足工业发展需求。

镍钴基变形高温合金中，通过添加W、Mo等元素来提高固溶强化效果，通过添加Al、Ti、Nb来提高析出强化效果，通过添加Co和Ta来降低合金的层错能。低层错能是镍钴基变形高温合金的一个重要的材料属性，该属性使合金在服役过程中产生大量的微孪晶或者层错，层错(微孪晶)之间的交互作用、以及层错(微孪晶)与析出相的作用使合金具备优异的协调强化效果。如何更加进一步的发挥镍钴基合金的强化效果，提高合金的服役温度一直是科学工作者始终如一的追求目标。

低重合位置点阵晶界是一种具有较低自由能、较高稳定性和较低的晶界迁移率的特殊大角度晶界，它不仅可以有效地阻碍位错的运动、降低合金晶粒尺寸，起到强化合金的作用。但是，目前并没有通过在镍钴基变形高温合金中引入特殊晶界来强化合金的相关技术。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种镍钴基变形高温合金及其制备方法，主要目的在于提供或制备一种具有特殊晶界的镍钴基变形高温合金，以强化合金。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种镍钴基变形高温合金，其中，所述镍钴基变形高温合金中具有特殊晶界；其中，所述特殊晶界是指Σ3、Σ9和Σ27型的重合位置点阵晶界(在此，Σ3、Σ9和Σ27型的重合位置点阵晶界为低重合位置点阵晶界)。

优选的，所述镍钴基变形高温合金中的特殊晶界的体积分数≥25％。

优选的，以重量百分含量计，所述镍钴基变形高温合金包括以下成分：Co 10-35％、Ta 0-5％、Cr 10-25％、Ti 3-7％、Al 0.2-5％、W 0.1-5％、Mo 0.1-5％、Nb 0.1-5％、Mn 0.1-1％、V 0.1-1％、C 0.001-0.2％、Zr 0.01-0.1％、B 0.01-0.1％、余量为Ni和不可避免的杂质。

优选的，所述镍钴基变形高温合金的晶粒中的γ′相呈多尺度分布；其中，尺度包括微米级和纳米级。

优选的，所述镍钴基变形高温合金在750℃下的屈服强度为850-1200MPa；和/或所述镍钴基变形高温合金在750℃下的抗拉强度为980-1500MPa；和/或所述镍钴基变形高温合金在温度为750℃、拉力为530MPa蠕变试验条件下的使用寿命为80-300h。

另一方面，本发明的实施例提供一种镍钴基变形高温合金的制备方法，用于制备上述任一项所述的镍钴基变形高温合金；其中，包括如下步骤：

固溶处理：对热轧处理后的镍钴基高温合金进行固溶处理(在此，热轧处理后的镍钴基高温合金为热轧板材)；

变形处理：将固溶处理后的镍钴基高温合金进行总变形量为50-80％的冷轧；

退火处理：在真空或氢还原环境中，将变形处理后的镍钴基高温合金在0.8-0.9Tm的温度下退火5-30min；其中，所述Tm为镍钴基高温合金的熔点温度；

时效处理：对退火处理后的镍钴基高温合金进行时效处理，得到镍钴基变形高温合金。

优选的，所述热轧处理后的镍钴基高温合金的平均晶粒度不大于100μm。

优选的，所述固溶处理的步骤具体为：将热轧处理后的镍钴基高温合金在0.85-0.95Tm的温度下固溶处理2-4h后，冷却至室温；优选的，冷却至室温后，还对固溶处理后的镍钴基高温合金进行酸洗、烘干处理。

优选的，在所述变形处理的步骤中：每道次下压率为10-15％；优选的，冷轧时采用乳化液进行润滑。

优选的，在所述退火处理的步骤中：退火前需对变形处理后的镍钴基高温合金进行碱洗、烘干处理；和/或将退火后的镍钴基高温合金气淬至室温。

优选的，所述时效处理的步骤，包括：

第一步时效处理：在真空或氢还原环境中，将退火处理后的镍钴基高温合金在第一温度下保温15-30h后，气淬至室温；其中，所述第一温度为比析出相固溶温度低450-550℃的温度(其中，析出相固溶温度是指析出相完全回溶温度)；

第二步时效处理：在真空或氢还原环境中，将第一步时效处理后的镍钴基高温合金在第二温度下保温15-25h后，气淬至室温；其中，所述第二温度为比析出相固溶温度低350-450℃的温度。

优选的，在所述固溶处理的步骤之前，还包括：

制备镍钴基高温合金铸锭：对原料进行熔炼处理、精炼处理后，浇铸成锭，得到镍钴基高温合金铸锭；

制备电渣精炼铸锭：对所述镍钴基高温合金铸锭进行电渣重熔精炼处理后，得到电渣精炼铸锭；

热轧处理：对所述电渣精炼铸锭进行均匀化处理后，在热轧机上进行开坯，进行热轧处理，得到热轧处理后的镍钴基高温合金。

优选的，以重量百分含量计，所述原料包括以下成分：Co 10-35％、Ta 0-5％、Cr10-25％、Ti 3-7％、Al 0.2-5％、W 0.1-5％、Mo 0.1-5％、Nb 0.1-5％、Mn 0.1-1％、V 0.1-1％、C 0.001-0.2％、Zr 0.01-0.1％、B 0.01-0.1％、余量为Ni。

优选的，在所述制备镍钴基高温合金铸锭的步骤中：所述熔炼处理的温度为1450-1600℃；精炼处理的温度为1500-1800℃、精炼时间为5-8min；熔炼处理、精炼处理时的真空度为0.5×10^-2Pa-0.6×10^-2Pa。

优选的，在所述热轧处理步骤中：

将所述电渣精炼铸锭加热至0.85-0.9Tm保温5-10h进行均匀化处理；和/或

热轧处理时：开轧温度为0.85-0.9Tm、下压率为80-100％、终轧温度≥0.7Tm、轧至3-5mm厚时冷却至室温。

与现有技术相比，本发明的镍钴基变形高温合金及其制备方法至少具有下列有益效果：

一方面，本发明实施例提供一种镍钴基变形高温合金，该镍钴基变形高温合金中具有特殊晶界(即，Σ3、Σ9和Σ27型的重合位置点阵晶界)，且特殊晶界的体积分数不小于25％；在此，由于特殊晶界具有较低的自由能，使镍钴基变形高温合金具有优异的耐热腐蚀性能。同时，利用合金中的C、Zr、B等微量元素的晶界偏聚，实现特殊晶界在高温环境下的稳定分布，起到强化合金的目的，最终提高了镍钴基变形高温合金的使用温度，为镍钴基变形高温合金作为高温结构件提供强度保障。

另一方面，本发明实施例提供一种镍钴基变形高温合金的制备方法，通过对热轧处理后的镍钴基高温合金(热轧板材)进行固溶处理、变形处理、退火处理、时效处理，并通过控制变形量、退火温度及退火时间，将特殊晶界引入镍钴基变形高温合金中，并有效调控了合金内部低重合位置点阵晶界的体积分数，实现提高合金高温强度的目的。

进一步地，本发明实施例提供的镍钴基变形高温合金的制备方法中的固溶处理步骤的目的是为了将热轧板进行完全再结晶处理，使基体中的γ′相大量回溶，消除合金内部由于热轧产生的残余内应力，为下一步冷轧变形工序提供均匀的组织，降低冷轧变形工序过程中合金的变形抗力。固溶温度及保温时间的选择以消除残余应力、回溶γ′相以及控制晶粒尺寸为依据，故选择在0.85-0.95Tm温度下固溶处理2-4h，一方面有充足的时间使得再结晶充分、残余内应力完全回复、以及γ′相大量回溶，另一方面抑制合金晶粒长大，防止晶粒异常长大的发生。

进一步地，本发明实施例提供的镍钴基变形高温合金的制备方法中的变形处理步骤的目的是为了引入形变畸变能，为之后退火处理诱发再结晶提供动力。此步骤应保证引入均匀且充分的变形畸变能，同时抑制变形导致的合金温度升高，故选择总变形量为50-80％的冷轧，每道次下压率为10-15％，控制每道次下压率既可以抑制形变升温，又可以使变形均匀，控制总形变量保证引入充分的变形畸变能。

进一步地，本发明实施例提供的镍钴基变形高温合金的制备方法中的退火处理步骤的目的主要是诱发再结晶，具有较低层错能的合金在静态再结晶过程会诱发大量低重合位置点阵晶界的产生。此过程应在保证再结晶充分进行的前提下，防止晶粒异常长大，同时应尽量减缓晶界的迁移速率，实现诱发更多低重合位置点阵晶界的目的。故先择在0.8-0.9Tm温度下真空或氢还原环境中退火5-30min，一方面控制再结晶过程中的晶界迁移速率，另一方面保证再结晶充分进行，抑制晶粒异常长大。

进一步地，本发明实施例提供的镍钴基变形高温合金的制备方法中的时效处理的目的主要是使基体中充分析出γ′相，使合金起到优异的沉淀强化效果，此过程使γ′相呈多尺度分布，所以进行双重时效处理：在析出相固溶温度以下450-550℃的真空或氢还原环境中保温15-30h，然后继续在析出相固溶温度以下350-450℃的真空或氢还原环境中保温10-25h。第一步时效处理保证γ′相充分析出，第二步时效处理使部分γ′相长大。

综上，本发明实施例的提供镍钴基变形高温合金的制备方法在未改变材料合金化程度的基础上，通过步骤少、易于操作、无污染且成本较低的变形和热处理手段，在合金内部引入了大量的特殊晶界，达到了改善合金热强度和耐热腐蚀的目的。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的比较例1制备的镍钴基变形高温合金的微观组织图；

图2是本发明的实施例1制备的镍钴基变形高温合金的微观组织图；

图3是本发明的实施例2制备的镍钴基变形高温合金的微观组织图；

图4是本发明的实施例3制备的镍钴基变形高温合金的微观组织图；

图5是本发明的实施例4制备的镍钴基变形高温合金的微观组织图；

图6是本发明的实施例5制备的镍钴基变形高温合金的微观组织图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本发明的实施例主要提供一种镍钴基变形高温合金及其制备方法，具体地，主要通过调控变形和热处理的方法可以有效地提高合金内部特殊晶界的占比，由于特殊晶界具有较低的自由能，使合金具有优异的耐热腐蚀性能，同时利用合金中的C、Zr、B等微量元素的晶界偏聚，实现特殊晶界在高温环境下的稳定分布，起到强化合金的目的，提高镍钴基变形高温合金的使用温度，从而为作为高温结构件的变形高温合金提供强度保障，减轻构件的重量。

具体地，本发明实施例提供的镍钴基变形高温合金的制备方法包括如下步骤：

固溶处理：将热轧板材(即，热轧处理后的镍钴基高温合金)在0.85-0.95Tm的温度下固溶处理2-4h，随后水冷至室温，对固溶处理后的板材进行酸洗以及烘干。在此，本发明中提及的Tm均指的是镍钴基高温合金的熔点温度。

变形处理：将固溶处理后的板材进行总变形量为50-80％的冷轧，采用乳化液进行润滑，每道次下压率为10-15％。

退火处理：退火前对冷轧板材进行碱洗烘干，然后将冷轧板材在0.8-0.9Tm温度下的真空或氢还原环境中退火5-30min，随后气淬至室温。

时效处理：在析出相固溶温度以下450-550℃的真空或氢还原环境中保温15-30h，气淬至室温；然后继续在析出相固溶温度以下350-450℃的真空或氢还原环境中保温10-25h，气淬至室温。

上述制备方法所针对的镍钴基高温合金的成分按重量百分比包括：Co10-35％、Ta0-5％、Cr 10-25％、Ti 3-7％、Al 0.2-5％、W 0.1-5％、Mo 0.1-5％、Nb 0.1-5％、Mn 0.1-1％、V 0.1-1％、C 0.001-0.2％、Zr 0.01-0.1％、B 0.01-0.1％、余量为Ni。其中，热轧板材(即，热轧处理后的镍钴基高温合金)是由以下方法制成：将原料按照上述配比放入高频真空感应熔炼炉中，加热温度至1450-1600℃，真空度为0.5×10^-2Pa-0.6×10^-2Pa，待原料全部熔化后在1500-1800℃的温度下精炼5-8min，随后通入惰性气体，并浇铸坩埚成锭。待铸锭冷却后，将铸锭切冒口并打磨表面，利用抛光的铸锭作为电渣重熔的电极，分别经历引弧起熔、助熔剂全熔和封顶补缩等三个阶段，得到电渣精炼铸锭。将电渣精炼铸锭在0.85-0.9Tm下保温5-10h后进行均匀化处理，随后在热轧机上进行开坯，开轧温度为0.85-0.9Tm，下压率为80-100％，终轧温度≥0.7Tm，轧至3-5mm厚时水冷至室温。

在此，本发明实施例提供镍钴基变形高温合金的制备方法通过控制变形量、退火温度以及退火时间，有效调控了合金内部低重合位置点阵晶界的体积分数，实现提高合金高温强度的目的。具体地，固溶处理的目的是为了将热轧板进行完全再结晶处理，使基体中的γ′相大量回溶，消除合金内部由于热轧产生的残余内应力，为下一步冷轧变形工序提供均匀的组织，降低冷轧变形工序过程中合金的变形抗力；固溶温度以及保温时间的选择以消除残余应力、回溶γ′相以及控制晶粒尺寸为依据，故选择在0.85-0.95Tm温度下固溶处理2-4h，一方面有充足的时间使得再结晶充分、残余内应力完全回复、以及γ′相大量回溶，另一方面抑制合金晶粒长大，防止晶粒异常长大的发生。进一步地，变形处理的目的是为了引入形变畸变能，为之后退火处理诱发再结晶提供动力。此步骤应保证引入均匀且充分的变形畸变能，同时抑制变形导致的合金温度升高，故选择总变形量为50-80％的冷轧，每道次下压率为10-15％，控制每道次下压率既可以抑制形变升温，又可以使变形均匀，控制总形变量保证引入充分的变形畸变能。进一步地，退火处理的目的主要是诱发再结晶，具有较低层错能的合金在静态再结晶过程会诱发大量低重合位置点阵晶界的产生。此过程应在保证再结晶充分进行的前提下，防止晶粒异常长大，同时应尽量减缓晶界的迁移速率，实现诱发更多低重合位置点阵晶界的目的。故先择在0.8-0.9Tm温度下真空或氢还原环境中退火5-30min，一方面控制再结晶过程中的晶界迁移速率，另一方面保证再结晶充分进行，抑制晶粒异常长大。进一步地，时效处理的目的主要是使基体中充分析出γ′相，使合金起到优异的沉淀强化效果，此过程使γ′相呈多尺度分布，所以进行双重时效处理：在析出相固溶温度以下450-550℃真空或氢还原环境中保温15-30h，然后继续在析出相固溶温度以下350-450℃真空或氢还原环境中保温10-25h。第一步时效处理保证γ′相充分析出，第二步时效处理使部分γ′相长大。

综上，本发明实施例提供镍钴基变形高温合金的制备方法利用冷轧加退火的热处理手段诱发高体积分数的低重合位置点阵晶界以实现优化镍钴基变形高温合金强度的目的；整个过程步骤少、操作简单；同时不引入任何化学试剂以及有毒、有污染的气体，具有环境友好的优势；另外此过程均为传统加工手段的组合，极大程度地压缩了优化合金强度的成本。最重要的是，本发明由于没有添加其他合金元素，所以几乎没有提高合金成本的前提下，实现合金性能优化的目的。与现有技术相比，本发明实施例的提供镍钴基变形高温合金的制备方法在未改变材料合金化程度的基础上，通过步骤少、易于操作、无污染且成本较低的变形和热处理手段，在合金内部引入了大量的特殊晶界，达到了改善合金热强度和耐热腐蚀的目的。

下面通过具体实施对本发明进一步详细说明：

下述实施例1-5及比较例1制备一种镍钴基变形高温合金。并采用Axiovert 200MAT光学显微镜对所制备的镍钴基变形高温合金的微观组织进行观察。采用INSTRON 5582单轴拉伸试验机对镍钴基变形高温合金的强度进行测试。采用F-25型持久蠕变试验机对镍钴基变形高温合金的持久寿命进行测试。采用Q1000差示扫描测量热仪对镍钴基高温合金的析出相固溶温度和熔点温度进行测试。采用载有EBSD探头的SEM电镜对镍钴基变形高温合金的微观组织进行观察，并利用TSL-OIM后处理软件处理EBSD数据得到镍钴基变形高温合金中的特殊晶界的体积分数。关于术语“特殊晶界的体积分数”指的是：镍钴基变形高温合金中，特殊晶界在所有晶界中的占有比例。

实施例1

本实施例制备一种镍钴基变形高温合金，包括如下步骤：

制备铸锭：将原料放入高频真空感应熔炼炉中，加热温度至1500℃，真空度为0.5×10^-2Pa，待原料全部熔化后在1550℃的温度下精炼6min，随后通入惰性气体，并浇铸坩埚成锭。其中，原料的配方如下：Co 25％、Ta 2％、Cr 15％、Ti 5.5％、Al 2％、W 2％、Mo 2％、Nb 1％、Mn 0.5％、V 0.1％、C 0.003％、Zr 0.02％、B 0.02％、余量为Ni。其中，镍钴基高温合金的Tm为1335℃、析出相的固溶温度为1160℃。

制备电渣精炼铸锭：待铸锭冷却后，将铸锭切冒口并打磨表面，利用抛光的铸锭作为电渣重熔的电极，分别经历引弧起熔、助熔剂全熔和封顶补缩等三个阶段，得到电渣精炼铸锭。

热轧处理：将电渣精炼铸锭在1200℃下保温5h后进行均匀化处理，随后在热轧机上进行开坯，开轧温度为1180℃，下压率为90％，终轧温度为1050℃，轧至4mm厚时水冷至室温，得到热轧板材(即，热轧处理后的镍钴基变形高温合金)。

固溶处理：将热轧板材在1140℃的温度下固溶处理4h后，水冷至室温，然后对固溶处理后的板材进行酸洗以及烘干。

变形处理：将固溶处理后的板材进行总变形量为50％的冷轧，采用乳化液进行润滑，每道次下压率为11％。

退火处理：将变形处理后的板材在1120℃的真空或氢还原环境中下保温15min进行退火，随后气淬至室温。

时效处理：在650℃的真空或氢还原环境中对退火处理后的板材保温24h后，气淬至室温；然后继续在760℃的真空或氢还原环境中将板材保温20h后，气淬至室温，得到镍钴基变形高温合金。

实施例1所制备得镍钴基变形高温合金的微观组织参见图2所示。其中，特殊晶界的占比约为28％(即，在变形高温合金中，Σ3、Σ9和Σ27型的重合位置点阵晶界的总占比为28％)。该镍钴基变形高温合金晶粒中弥散分布着1μm左右的二次γ′相和小于100nm的三次γ′相；该镍钴基变形高温合金在750℃下的屈服强度为850MPa、抗拉强度为980MPa；该镍钴基变形高温合金在750℃/530MPa条件下的持久寿命为80h。

实施例2

本实施例制备一种镍钴基变形高温合金，包括如下步骤：

制备铸锭：将原料按照上述配比放入高频真空感应熔炼炉中，加热温度至1600℃，真空度为0.6×10^-2Pa，待原料全部熔化后在1550℃的温度下精炼5min，随后通入惰性气体，并浇铸坩埚成锭。其中，原料的配方如下：Co 25％、Ta 2％、Cr 15％、Ti 5.5％、Al 2％、W2％、Mo 2％、Nb 1％、Mn 0.5％、V 0.1％、C 0.003％、Zr 0.02％、B 0.02％、余量为Ni。其中，镍钴基高温合金的Tm为1335℃、析出相的固溶温度为1160℃。

制备电渣精炼铸锭：待铸锭冷却后，将铸锭切冒口并打磨表面，利用抛光的铸锭作为电渣重熔的电极，分别经历引弧起熔、助熔剂全熔和封顶补缩等三个阶段，得到电渣精炼铸锭。

热轧处理：将电渣精炼铸锭在1200℃下保温8h后进行均匀化处理，随后在热轧机上进行开坯，开轧温度为1180℃，下压率为90％，终轧温度为1050℃，轧至4mm厚时水冷至室温，得到热轧板材(即，热轧处理后的镍钴基变形高温合金)。

固溶处理：将热轧板材在1140℃的温度下固溶处理4h，随后水冷至室温，对固溶处理后的板材进行酸洗以及烘干。

变形处理：将固溶处理后的板材进行总变形量为65％的冷轧，采用乳化液进行润滑，每道次下压率为10％。

退火处理：将变形处理后的板材在1120℃的真空或氢还原环境中保温20min进行退火，随后气淬至室温。

时效处理：在650℃的真空或氢还原环境中将退火处理后的板材保温24h后，气淬至室温；然后继续在760℃的真空或氢还原环境中将板材保温20h后，气淬至室温，得到镍钴基变形高温合金。

实施例2所制备得镍钴基变形高温合金的微观组织参见图3所示，其中特殊晶界的占比约为35％。该镍钴基变形高温合金晶粒中弥散分布着1μm左右的二次γ′相和小于100nm的三次γ′相；该镍钴基变形高温合金在750℃下的屈服强度为950MPa、抗拉强度为1130MPa；该镍钴基变形高温合金在750℃/530MPa条件下的持久寿命为120h。

实施例3

本实施例制备一种镍钴基变形高温合金，包括如下步骤：

制备铸锭：将原料按照上述配比放入高频真空感应熔炼炉中，加热温度至1450℃，真空度为0.55×10^-2Pa，待原料全部熔化后在1550℃的温度下精炼8min，随后通入惰性气体，并浇铸坩埚成锭。其中，原料配方如下：Co 25％、Ta 2％、Cr 15％、Ti 5.5％、Al 2％、W2％、Mo 2％、Nb 1％、Mn 0.5％、V 0.1％、C 0.003％、Zr 0.02％、B 0.02％、余量为Ni。其中，镍钴基高温合金的Tm为1335℃、析出相的固溶温度为1160℃。

制备电渣精炼铸锭：待铸锭冷却后，将铸锭切冒口并打磨表面，利用抛光的铸锭作为电渣重熔的电极，分别经历引弧起熔、助熔剂全熔和封顶补缩等三个阶段，得到电渣精炼铸锭。

热轧处理：将电渣精炼铸锭在1200℃下保温10h后进行均匀化处理，随后在热轧机上进行开坯，开轧温度为1180℃，下压率为90％，终轧温度为1050℃，轧至4mm厚时水冷至室温，得到热轧板材(即，热轧处理后的镍钴基变形高温合金)。

固溶处理：将热轧板材在1140℃的温度下固溶处理4h，随后水冷至室温，对固溶处理后的板材进行酸洗以及烘干。

变形处理：将固溶处理后的板材进行总变形量为80％的冷轧，采用乳化液进行润滑，每道次下压率为15％。

退火处理：将变形处理后的板材在1120℃的真空或氢还原环境中保温30min进行退火，随后气淬至室温。

时效处理：在650℃的真空或氢还原环境中将退火处理后的板材保温24h后，气淬至室温；然后继续在760℃的真空或氢还原环境中将板材保温20h，气淬至室温，得到镍钴基变形高温合金。

实施例3所制备得镍钴基变形高温合金的微观组织参见图4所示，其中，特殊晶界的占比约为45％。该镍钴基变形高温合金晶粒中弥散分布着1μm左右的二次γ′相和小于100nm的三次γ′相；该镍钴基变形高温合金在750℃屈服强度为1000MPa、抗拉强度为1180MPa；该镍钴基变形高温合金在750℃/530MPa的条件下的持久寿命为150h。

实施例4

本实施例制备一种镍钴基变形高温合金，包括如下步骤：

制备铸锭：将原料按照上述配比放入高频真空感应熔炼炉中，加热温度至1600℃，真空度为0.5×10^-2Pa，待原料全部熔化后在1550℃的温度下精炼7min，随后通入惰性气体，并浇铸坩埚成锭。其中，原料的配方如下：Co 25％、Ta 2％、Cr 15％、Ti 5.5％、Al 2％、W2％、Mo 2％、Nb 1％、Mn 0.5％、V 0.1％、C 0.003％、Zr 0.02％、B 0.02％、余量为Ni。其中，镍钴基高温合金的Tm为1335℃、析出相的固溶温度为1160℃。

制备电渣精炼铸锭：待铸锭冷却后，将铸锭切冒口并打磨表面，利用抛光的铸锭作为电渣重熔的电极，分别经历引弧起熔、助熔剂全熔和封顶补缩等三个阶段，得到电渣精炼铸锭。

热轧处理：将电渣精炼铸锭在1200℃下保温10h后进行均匀化处理，随后在热轧机上进行开坯，开轧温度为1180℃，下压率为90％，终轧温度为1050℃，轧至4mm厚时水冷至室温，得到热轧板材(即，热轧处理后的镍钴基变形高温合金)。

固溶处理：将热轧板材在1140℃的温度下下固溶处理4h，随后水冷至室温，对固溶处理后的板材进行酸洗以及烘干；

变形处理：将固溶处理后的板材进行总变形量为65％的冷轧，采用乳化液进行润滑，每道次下压率为10％；

退火处理：将变形处理后的板材在1100℃的真空或氢还原环境中保温20min进行退火，随后气淬至室温。

时效处理：在650℃的真空或氢还原环境中将退火处理后的板材保温24h后，气淬至室温；然后继续在760℃真空或氢还原环境中将板材保温20h后，气淬至室温，得到镍钴基变形高温合金。

实施例4所制备得镍钴基变形高温合金的微观组织参见图5所示，特殊晶界的占比约为30％。该镍钴基变形高温合金晶粒中弥散分布着1μm左右的二次γ′相和小于100nm的三次γ′相；该镍钴基变形高温合金在750℃下的屈服强度为900MPa、抗拉强度为1100MPa；该镍钴基变形高温合金在750℃/530MPa条件下的持久寿命为100h。

实施例5

本实施例制备一种镍钴基变形高温合金，包括如下步骤：

制备铸锭：将原料按照上述配比放入高频真空感应熔炼炉中，加热温度至1500℃，真空度为0.6×10^-2Pa，待原料全部熔化后在1550℃的温度下精炼5min，随后通入惰性气体，并浇铸坩埚成锭。其中，原料的配方如下：Co 25％、Ta 2％、Cr 15％、Ti 5.5％、Al 2％、W2％、Mo 2％、Nb 1％、Mn 0.5％、V 0.1％、C 0.003％、Zr 0.02％、B 0.02％、余量为Ni。其中，镍钴基高温合金的Tm为1335℃、析出相的固溶温度为1160℃。

制备电渣精炼铸锭：待铸锭冷却后，将铸锭切冒口并打磨表面，利用抛光的铸锭作为电渣重熔的电极，分别经历引弧起熔、助熔剂全熔和封顶补缩等三个阶段，得到电渣精炼铸锭。

热轧处理：将电渣精炼铸锭在1200℃下保温7h后进行均匀化处理，随后在热轧机上进行开坯，开轧温度为1180℃，下压率为90％，终轧温度为1050℃，轧至4mm厚时水冷至室温，得到热轧板材(即，热轧处理后的镍钴基变形高温合金)。

固溶处理：将热轧板材在1140℃的温度下下固溶处理4h，随后水冷至室温，对固溶处理后的板材进行酸洗以及烘干；

变形处理：将固溶处理后的板材进行总变形量为65％的冷轧，采用乳化液进行润滑，每道次下压率为10％；

退火处理：将变形处理后的板材在1140℃的真空或氢还原环境中保温20min进行退火，随后气淬至室温。

时效处理：在650℃的真空或氢还原环境中将退火处理后的板材保温24h后，气淬至室温；然后继续在760℃的真空或氢还原环境中将板材保温20h后，气淬至室温，得到镍钴基变形高温合金。

实施例5所制备得镍钴基变形高温合金的微观组织参见图6所示，特殊晶界的占比约为40％。该镍钴基变形高温合金晶粒中弥散分布着1μm左右的二次γ′相和小于100nm的三次γ′相；该镍钴基变形高温合金在750℃下的屈服强度为980MPa、抗拉强度为1150MPa；该镍钴基变形高温合金在750℃/530MPa条件下的持久寿命为140h。

比较例1

比较例1制备一种镍钴基变形高温合金，包括如下步骤：

制备铸锭：将原料按照上述配比放入高频真空感应熔炼炉中，加热温度至1600℃，真空度为0.6×10^-2Pa，待原料全部熔化后在1550℃的温度下精炼5min，随后通入惰性气体，并浇铸坩埚成锭。其中，原料的配方如下：Co 25％、Ta 2％、Cr 15％、Ti 5.5％、Al 2％、W2％、Mo 2％、Nb 1％、Mn 0.5％、V 0.1％、C 0.003％、Zr 0.02％、B 0.02％、余量为Ni。其中，镍钴基高温合金的Tm为1335℃、析出相的固溶温度为1160℃。

制备电渣精炼铸锭：待铸锭冷却后，将铸锭切冒口并打磨表面，利用抛光的铸锭作为电渣重熔的电极，分别经历引弧起熔、助熔剂全熔和封顶补缩等三个阶段，得到电渣精炼铸锭。

热轧处理：将电渣精炼铸锭在1200℃下保温8h后进行均匀化处理，随后在热轧机上进行开坯，开轧温度为1180℃，下压率为90％，终轧温度为1050℃，轧至4mm厚时水冷至室温，得到热轧板材(即，热轧处理后的镍钴基变形高温合金)。

固溶处理：将热轧板材在1140℃下固溶处理4h，随后水冷至室温，对固溶处理后的板材进行酸洗以及烘干。

时效处理：将固溶后的板材在650℃的真空或氢还原环境中保温24h，气淬至室温；然后继续将板材放置在760℃的真空或氢还原环境中保温20h，气淬至室温，得到镍钴基变形高温合金。

比较例1所制备的镍钴基变形高温合金的微观组织图片参见图1所示，合金内几乎没有特殊晶界。该镍钴基变形高温合金晶粒中弥散分布着1μm左右的二次γ′相和小于100nm的三次γ′相；该镍钴基变形高温合金在750℃下的屈服强度为800MPa、抗拉强度为950MPa。该镍钴基变形高温合金在750℃/530MPa条件下的持久寿命为50h。

实施例1-实施例5、比较例1所制备的镍钴基变形高温合金的性能参见表1所示：

表1

从图1至图6、表1中的数据可以明显看出，本发明实施例制备的镍钴基变形高温合金具有特殊晶界，且特殊晶界的体积分数为28-45％，其在高温下的屈服强度、抗拉强度优异，持久寿命长。而比较例1中的镍钴基变形高温合金中几乎没有特殊晶界，其在高温下的屈服强度、抗拉强度、持久寿命均不及本发明实施例制备的镍钴基变形高温合金优异。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种镍钴基变形高温合金，其特征在于，所述镍钴基变形高温合金中具有特殊晶界，且特殊晶界的体积分数≥25％；其中，所述特殊晶界是指Σ3、Σ9和Σ27型的重合位置点阵晶界；以重量百分含量计，所述镍钴基变形高温合金包括以下成分：Co 10-35％、Ta 0-5％、Cr 10-25％、Ti 3-7％、Al 0.2-5％、W 0.1-5％、Mo 0.1-5％、Nb 0.1-5％、Mn 0.1-1％、V0.1-1％、C 0.001-0.2％、Zr 0.01-0.1％、B 0.01-0.1％、余量为Ni和不可避免的杂质；所述镍钴基变形高温合金的晶粒中的γ′相呈多尺度分布；其中，尺度包括微米级和纳米级。

2.根据权利要求1所述的镍钴基变形高温合金，其特征在于，

所述镍钴基变形高温合金在750℃下的屈服强度为850-1200MPa；和/或

所述镍钴基变形高温合金在750℃下的抗拉强度为980-1500MPa；和/或

所述镍钴基变形高温合金在温度为750℃、拉力为530MPa的蠕变试验条件下的使用寿命为80-300h。

3.一种镍钴基变形高温合金的制备方法，用于制备权利要求1或2所述的镍钴基变形高温合金，其特征在于，包括如下步骤：

固溶处理：对热轧处理后的镍钴基高温合金进行固溶处理；其中，所述热轧处理后的镍钴基高温合金的平均晶粒度不大于100μm；热轧处理后的镍钴基高温合金为热轧板材；

变形处理：将固溶处理后的镍钴基高温合金进行总变形量为50-80％的冷轧；

退火处理：在真空或氢还原环境中，将变形处理后的镍钴基高温合金在0.8-0.9Tm的温度下退火5-30min；其中，所述Tm为镍钴基高温合金的熔点温度；

时效处理：对退火处理后的镍钴基高温合金进行时效处理，得到镍钴基变形高温合金。

4.根据权利要求3所述的镍钴基变形高温合金的制备方法，其特征在于，所述固溶处理的步骤具体为：将热轧处理后的镍钴基高温合金在0.85-0.95Tm的温度下固溶处理2-4h后，冷却至室温；和/或

在所述变形处理的步骤中：每道次下压率为10-15％；和/或

在所述退火处理的步骤中：退火前需对变形处理后的镍钴基高温合金进行碱洗、烘干处理；和/或

将退火后的镍钴基高温合金气淬至室温。

5.根据权利要求4所述的镍钴基变形高温合金的制备方法，其特征在于，在所述固溶处理步骤中：冷却至室温后，还对固溶处理后的镍钴基高温合金进行酸洗、烘干处理；和/或

在所述变形处理的步骤中：冷轧时采用乳化液进行润滑。

6.根据权利要求3所述的镍钴基变形高温合金的制备方法，其特征在于，所述时效处理的步骤，包括：

第一步时效处理：在真空或氢还原环境中，将退火处理后的镍钴基高温合金在第一温度下保温15-30h后，气淬至室温；其中，所述第一温度为比析出相固溶温度低450-550℃的温度；

第二步时效处理：在真空或氢还原环境中，将第一步时效处理后的镍钴基高温合金在第二温度下保温15-25h后，气淬至室温；其中，所述第二温度为比析出相固溶温度低350-450℃的温度。

7.根据权利要求3-6任一项所述的镍钴基变形高温合金的制备方法，其特征在于，在所述固溶处理的步骤之前，还包括：

制备镍钴基高温合金铸锭：对原料进行熔炼处理、精炼处理后，浇铸成锭，得到镍钴基高温合金铸锭；

制备电渣精炼铸锭：对所述镍钴基高温合金铸锭进行电渣重熔精炼处理后，得到电渣精炼铸锭；

热轧处理：对所述电渣精炼铸锭进行均匀化处理后，在热轧机上进行开坯，进行热轧处理，得到热轧处理后的镍钴基高温合金。

8.根据权利要求7所述的镍钴基变形高温合金的制备方法，其特征在于，以重量百分含量计，所述原料包括以下成分：Co 10-35％、Ta 0-5％、Cr 10-25％、Ti 3-7％、Al 0.2-5％、W 0.1-5％、Mo 0.1-5％、Nb 0.1-5％、Mn 0.1-1％、V 0.1-1％、C 0.001-0.2％、Zr 0.01-0.1％、B 0.01-0.1％、余量为Ni；和/或

在所述制备镍钴基高温合金铸锭的步骤中：所述熔炼处理的温度为1450-1600℃；精炼处理的温度为1500-1800℃、精炼时间为5-8min；熔炼处理、精炼处理时的真空度为0.5×10^-2Pa-0.6×10^-2Pa。

9.根据权利要求7所述的镍钴基变形高温合金的制备方法，其特征在于，在所述热轧处理步骤中：

将所述电渣精炼铸锭加热至0.85-0.9Tm保温5-10h进行均匀化处理；和/或

热轧处理时：开轧温度为0.85-0.9Tm、下压率为80-100％、终轧温度≥0.7Tm、轧至3-5mm厚时冷却至室温。

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