CN113366132A - 在高温和低密度下具有高机械和环境强度的镍基超合金 - Google Patents

在高温和低密度下具有高机械和环境强度的镍基超合金 Download PDF

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CN113366132A CN202080012186.6A CN202080012186A CN113366132A CN 113366132 A CN113366132 A CN 113366132A CN 202080012186 A CN202080012186 A CN 202080012186A CN 113366132 A CN113366132 A CN 113366132A
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Abstract

本发明涉及镍基超合金，按重量百分比计，镍基超合金包含：5.9％至6.5％铝、9.5％至10.5％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至8.5％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分是镍和不可避免的杂质。

Description

在高温和低密度下具有高机械和环境强度的镍基超合金
技术领域
本发明涉及用于涡轮机械、特别是桨叶(vane)(也称为分布器或整流器(rectifier)或叶片(blade)或环形段)的镍基超合金的一般领域。
现有技术
镍基超合金通常用于涡轮机械的高温部件，即，位于燃烧室下游的涡轮机械部件。
镍基超合金的主要优点是它们结合了650℃至1200℃温度下的高抗蠕变性以及抗氧化性和耐腐蚀性。
耐高温性能主要归因于这些材料的微结构，该微结构由面心立方(FCC)晶体结构的γ-Ni基质和L12结构的有序γ’-Ni3Al硬化沉淀物组成。
一些级别的镍基超合金用于制造单晶部件。
2017年11月14日提交的编号为FR1760675的文件和2018年11月14日提交的编号为PCT/FR2018/052840的文件是已知的，其公开了一种镍基超合金，与现有的超合金相比，能改善超合金的机械特性。
与以编号FR1760675提交的文件和以编号PCT/FR2018/052840提交的文件中所公开的超合金相比，目的是降低超合金的密度。此外，与这些文件相关的另一个目的是简化可以在超合金上进行的处理的实施，特别是热处理。最后，另一目的是改进微结构在一定温度下的稳定性。
发明内容
因此，本发明的目的是提供实现上述目的的镍基超合金组合物。
根据第一方面，本发明提供镍基超合金，按重量百分比计，所述镍基超合金包含：5.9％至6.5％铝、9.5％至10.5％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至8.5％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
镍基合金定义为以镍的重量为主的合金。
不可避免的杂质定义为并非故意添加到组合物中但与其它元素一起带来的元素。在不可避免的杂质中，特别提及的可以是碳(C)或硫(S)。
根据本发明的镍基超合金在一定温度下具有良好的微结构稳定性，因此能够在一定温度下获得高机械性能。具体来说，超合金不含拓扑密排(TCP)相。
根据本发明的镍基超合金提供了低于8.75g.cm-3的密度。
根据本发明的镍基超合金可以获得至少7.5℃的γ'沉淀物的固溶线温度与固相线温度之间差异，从而简化热处理的实施。
根据本发明的镍基超合金具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性。
根据本发明的镍基超合金降低了对铸造缺陷形成的敏感性(susceptibility)。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，所述超合金可以包含：6.1％至6.5％铝、9.5％至10.5％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至8.5％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，所述超合金可以包含：5.9％至6.5％铝、9.5％至10.5％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
此外，按重量百分比计，超合金可以包含：6.1％至6.5％铝、9.5％至10.5％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，超合金还可以包含：6.1％至6.5％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0至0.1％硅，其余部分则是镍和不可避免的杂质。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，超合金可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，超合金可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.2％至4％钨、0至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，超合金可以包含：6.1％至6.5％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.2％至4％钨、0至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，超合金可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.2％至4％钨、0至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，超合金可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.4％至3.8％钨、0至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，超合金可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.8％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.4％至3.8％钨、0至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，超合金可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.8％至4.5％铼、7.6％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.4％至3.8％钨、0至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，超合金可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4.5％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.8％至4.5％铼、7.6％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.4％至3.8％钨、0至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，超合金可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4.5％至4.7％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.8％至4.5％铼、7.6％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.4％至3.8％钨、0至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，超合金可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4.5％至4.7％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.8％至4.5％铼、7.6％至7.9％钽、0.35％至0.55％钛、3.4％至3.8％钨、0至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，超合金可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4.5％至4.7％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.8％至4.5％铼、7.8％至7.9％钽、0.35％至0.55％钛、3.4％至3.8％钨、0至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，超合金可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4.5％至4.7％铬、0.1％至0.2％铪、0.4％至0.6％钼、3.8％至4.5％铼、7.8％至7.9％钽、0.35％至0.55％钛、3.4％至3.8％钨、0至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，超合金可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4.5％至4.7％铬、0.1％至0.2％铪、0.4％至0.6％钼、3.8％至4.3％铼、7.8％至7.9％钽、0.35％至0.55％钛、3.4％至3.8％钨、0至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，超合金可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4.5％至4.7％铬、0.1％至0.2％铪、0.4％至0.6％钼、3.8％至4.3％铼、7.8％至7.9％钽、0.35％至0.55％钛、3.4％至3.8％钨，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据可能的替代方案，按重量百分比计，超合金可以包含：6.2％铝、9.75％钴、4.6％铬、0.14％铪、0.5％钼、4.1％铼、7.9％钽、0.45％钛、3.6％钨，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据一个可能的特征，以重量计，超合金包含小于或等于2ppm、优选小于或等于1ppm、甚至更优选小于或等于0.5ppm的硫含量。
根据第二方面，本发明提供了根据前述特征中任一项所述的镍基超合金的涡轮机械部件。
该部件可以是飞机涡轮机械涡轮(例如，高压涡轮或低压涡轮)的元件，或者是压缩机元件，尤其是高压压缩机。
根据其它特征，涡轮或压缩机部件可以是叶片，所述叶片可以是动叶片或桨叶、或环形段。
根据另一特征，涡轮机械部件是单晶的，优选具有沿结晶方向<001>取向的晶体结构。
根据第三方面，本发明提供了通过铸造来制造根据前述特征中任一项所述的镍基超合金的涡轮机械部件的方法。
根据另一特征，所述方法包括定向凝固步骤，以形成单晶部件。
实施方式的描述
根据本发明的超合金包含镍基底和相关联的主要添加元素。
主要添加元素包括：钴Co、铬Cr、钼Mo、钨W、铝Al、钽Ta、钛Ti和铼Re。
超合金还可以包含次要添加元素，这些添加元素是在超合金中的最大百分比不超过1重量％的添加元素。
次要添加元素包括：铪Hf和硅Si。
按重量百分比计，镍基超合金包含：5.9％至6.5％铝、9.5％至10.5％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至8.5％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比计，镍基超合金也可以有利地包含：6.1％至6.5％铝、9.5％至10.5％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至8.5％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比计，镍基超合金也可以有利地包含：5.9％至6.5％铝、9.5％至10.5％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分则是镍和不可避免的杂质。
按重量百分比计，镍基超合金也可以有利地包含：6.1％至6.5％铝、9.5％至10.5％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分则是镍和不可避免的杂质。
按重量百分比计，镍基超合金也可以有利地包含：6.1％至6.5％铝、9.5％至10.5％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨，其余部分则是镍和不可避免的杂质。
按重量百分比计，超合金也可以有利地包含：6.1％至6.5％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分则是镍和不可避免的杂质。
按重量百分比计，超合金也可以有利地包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10.5％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分则是镍和不可避免的杂质。
按重量百分比计，超合金也可以有利地包含：6.1％至6.5％铝、9.5％至10.5％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分则是镍和不可避免的杂质。
按重量百分比计，超合金也可以有利地包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10.5％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分则是镍和不可避免的杂质。
有利的是，按重量百分比计，超合金可以包含：6.1％至6.5％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
有利的是，按重量百分比计，超合金可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.4％至3.8％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比计，超合金也可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比计，超合金也可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.4％至3.8％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比计，超合金也可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.8％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.4％至3.8％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比计，超合金也可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.8％至4.5％铼、7.6％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.4％至3.8％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比计，超合金也可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4.5％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.8％至4.5％铼、7.6％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.4％至3.8％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比计，超合金也可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4.5％至4.7％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.8％至4.5％铼、7.6％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.4％至3.8％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比计，超合金也可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4.5％至4.7％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.8％至4.5％铼、7.6％至7.9％钽、0.35％至0.55％钛、3.4％至3.8％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比计，超合金也可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4.5％至4.7％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.8％至4.5％铼、7.8％至7.9％钽、0.35％至0.55％钛、3.4％至3.8％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比计，超合金也可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4.5％至4.7％铬、0.1％至0.2％铪、0.4％至0.6％钼、3.8％至4.5％铼、7.8％至7.9％钽、0.35％至0.55％钛、3.4％至3.8％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比计，超合金也可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4.5％至4.7％铬、0.1％至0.2％铪、0.4％至0.6％钼、3.8％至4.3％铼、7.8％至7.9％钽、0.35％至0.55％钛、3.4％至3.8％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比计，超合金也可以包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4.5％至4.7％铬、0.1％至0.2％铪、0.4％至0.6％钼、3.8％至4.3％铼、7.8％至7.9％钽、0.35％至0.55％钛、3.4％至3.8％钨，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比计，超合金也可以包含：6.2％铝、9.75％钴、4.6％铬、0.14％铪、0.5％钼、4.1％铼、7.9％钽、0.45％钛、3.6％钨，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
钴、铬、钨、钼和铼主要参与γ相的硬化，γ相是FCC结构的奥氏体基质。
铝、钛和钽促进γ'相的沉淀，这是具有L12有序立方结构的硬化Ni3(Al、Ti、Ta)相。
此外，铼减缓了扩散过程并限制了γ'相的聚结，从而提高了高温抗蠕变性。然而，铼含量不应太高，以免对超合金部件的机械性能产生负面影响。
难熔元素钼、钨、铼和钽也减缓了由扩散控制的机理，从而提高了超合金部件的抗蠕变性。
此外，铬和铝改善了高温下(具体来说，对于腐蚀而言约为900℃，对于氧化而言约为1100℃)的抗氧化性和耐腐蚀性。
硅和铪的添加还可以通过增加Al2O3氧化铝层的粘附性来优化超合金的抗热氧化性，所述Al2O3氧化铝层在高温下在氧化环境中形成于超合金表面上。
此外，铬和钴有助于降低超合金的γ'固溶温度。
钴是一种与镍化学相关的元素，它部分替代镍以在γ相中形成固溶体，从而增强γ基质，降低对拓扑密排相(尤其是μ、P、R和σ相以及拉夫斯相(Laves phase))沉淀的敏感性，并降低对二次反应区(SRZ)形成的敏感性。
此外，镍基超合金的硫含量非常低使得可以显著提高高温时的抗氧化性和耐腐蚀性、以及当超合金用于形成涂覆有热障层的部件(例如涡轮叶片)时的热障层抗散裂性。非常低的硫含量在本文中是指，以重量计，小于或等于2ppm、优选小于或等于1ppm、甚至更优选小于或等于0.5ppm的含量。该硫浓度可以通过制备低硫母液或使用后浇注脱硫(post-casting desulfurization)工艺获得。该硫浓度还可以通过制备低硫母液、然后使用后浇注脱硫工艺获得。
该超合金组合物允许改善由所述超合金制造的部件的高温(650℃至1200℃)下的机械性能。
此外，该超合金组合物允许通过降低部件制造期间的缺陷形成风险、特别是在定向凝固期间形成“雀斑”型寄生晶粒的风险来改进制造。
事实上，超合金组合物降低了部件形成“雀斑”寄生晶粒的易感性。部件对形成“雀斑”寄生晶粒的易感性使用Konter标准进行评估，表示为NFP，由以下等式(1)给出：
[数学方程1]
Figure BDA0003192115070000091
其中，％Ta为以重量百分比计的超合金的钽含量；％Hf是以重量百分比计的超合金的铪含量；％Mo为以重量百分比计的超合金的钼含量；％Ti为以重量百分比计的超合金的钛含量；％W为以重量百分比计的超合金的钨含量；％Re是以重量百分比计的超合金的铼含量。
超合金组合物使得可以获得大于或等于0.7的NFP参数，高于该值，“雀斑”寄生晶粒的形成将大幅减少。
此外，该超合金组合物允许降低的密度，特别是低于8.4g/cm3的密度。
下表1显示了根据本发明超合金的三个实施例(实施例1至3)以及市售或参考超合金(实施例4至9)的组成(以重量百分比计)。实施例4对应于AM1超合金，实施例5对应于PWA1484超合金，实施例6对应于CMSX-4超合金，实施例7对应于CMSX-4
Figure BDA0003192115070000092
Mod C超合金，实施例8对应于
Figure BDA0003192115070000093
超合金，并且实施例9对应于CMSX-10
Figure BDA0003192115070000094
超合金。
[表1]
表1
Figure BDA0003192115070000101
表2给出了表1中所列超合金的估计特性。表2给出的特性是密度、不同的转变温度(固溶线、固相线和液相线)，700℃、900℃、1050℃和1200℃下的γ'相的摩尔分数，900℃和1050℃下的拓扑密排(TCP)相的摩尔分数。
[表2]
表2
Figure BDA0003192115070000102
Figure BDA0003192115070000111
本发明合金(实施例1至3)1200℃下的γ'相摩尔分数非常高，约为34摩尔％，反映了硬化沉淀物的高稳定性，确保了一定温度下的高机械性能。本发明超合金的摩尔分数高于实施例4、5、6和8的参考超合金的摩尔分数，并且与实施例7的超合金的摩尔分数相似，实施例7的超合金以其在高温下非常好的蠕变性能而闻名。
在900℃下，存在于本发明合金(实施例1至3)中的脆化(TPC)相的体积分数可忽略不计或为零，并且在1050℃下为零，与实施例7、8和9的参考合金相反，因此反映了在目标使用温度下微观结构的高稳定性。
表3给出了表1中所列超合金的估计特性。表3中给出的特性是900℃下γ相中的铬活性和1100℃下γ相中的铝活性。γ基质中铬和铝的活性是耐腐蚀性和抗氧化性的指标，基质中铬活性和铝活性越高，耐腐蚀性和抗氧化性越高。
[表3]
表3
Figure BDA0003192115070000112
Figure BDA0003192115070000121
本发明超级合金(实施例1至3)的900℃下铬活性比实施例5和7(已知具有较差的耐腐蚀性)的参考合金更高。
如表2和3所示，根据本发明的超合金在高温下具有与现有技术合金至少相等、甚至优于现有技术合金的机械性能，同时表现出较低的密度和优异的耐腐蚀性和抗氧化性。
表2和表3中给出的性质是使用CALPHAD(相图计算)方法估计的。
镍基超合金部件可以通过铸造来制备。
部件的铸造是通过使超合金熔化，将液态超合金倒入模具中进行冷却并凝固来实现的。例如，部件的铸造可以通过失蜡技术进行，特别是制造叶片。
此外，为了制造单晶部件，特别是叶片，该方法可以包括定向凝固步骤。定向凝固是通过控制超合金的凝固速率和温度梯度，通过引入单晶晶粒或使用晶粒选择器来进行的，以避免在凝固前沿前出现新的晶粒。
具体来说，定向凝固可以允许制造单晶叶片，其晶体结构沿着与叶片纵向方向平行的结晶方向<001>取向，即，沿着涡轮机械的径向方向取向，该取向提供了更好的机械性能。

Claims (15)

1.镍基超合金，按重量百分比计，所述镍基超合金包含：5.9％至6.5％铝、9.5％至10.5％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至8.5％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
2.如权利要求1所述的超合金，其中，按重量百分比计，所述超合金包含：6.1％至6.5％铝、9.5％至10.5％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至8.5％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分是镍和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的超合金，其中，按重量百分比计，所述超合金包含：5.9％至6.5％铝、9.5％至10.5％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分是镍和不可避免的杂质。
4.如权利要求2或权利要求3所述的超合金，其中，按重量百分比计，所述超合金包含：6.1％至6.5％铝、9.5％至10.5％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
5.如权利要求4所述的超合金，其中，按重量百分比计，所述超合金包含：6.1％至6.5％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分是镍和不可避免的杂质。
6.如权利要求5所述的超合金，其中，按重量百分比计，所述超合金包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.2％至0.7％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分是镍和不可避免的杂质。
7.如权利要求6所述的超合金，其中，按重量百分比计，所述超合金包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分是镍和不可避免的杂质。
8.如权利要求5所述的超合金，其中，按重量百分比计，所述超合金包含：6.1％至6.5％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.2％至4％钨、0％至0.1％硅，其余部分是镍和不可避免的杂质。
9.如权利要求7或权利要求8所述的超合金，其中，按重量百分比计，所述超合金包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.7％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.4％至3.8％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
10.如权利要求9所述的超合金，其中，按重量百分比计，所述超合金包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4％至5％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.8％至4.5％铼、7.5％至7.9％钽、0.3％至0.6％钛、3.4％至3.8％钨、0％至0.1％硅，其余部分是镍和不可避免的杂质。
11.如权利要求10所述的超合金，其中，按重量百分比计，所述超合金包含：6.1％至6.3％铝、9.5％至10％钴、4.5％至4.7％铬、0.1％至0.2％铪、0.3％至0.7％钼、3.8％至4.5％铼、7.6％至7.9％钽、0.35％至0.55％钛、3.4％至3.8％钨、0％至0.1％硅，其余部分由镍和不可避免的杂质组成。
12.如权利要求1至11中任一项所述的超合金，其中，以重量计，所述超合金含有低于或等于2ppm的硫含量。
13.一种涡轮机械部件，其由如权利要求1至12中任一项所述的镍基超合金制成。
14.如权利要求13所述的部件，其中，所述部件是单晶的。
15.一种通过铸造制造由如权利要求1至12中任一项所述的镍基超合金制备的涡轮机械部件的方法。
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