CN113677815A - 在高温下具有高机械强度和环境稳定性的低密度镍基超合金 - Google Patents

在高温下具有高机械强度和环境稳定性的低密度镍基超合金 Download PDF

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CN113677815A CN202080009467.6A CN202080009467A CN113677815A CN 113677815 A CN113677815 A CN 113677815A CN 202080009467 A CN202080009467 A CN 202080009467A CN 113677815 A CN113677815 A CN 113677815A
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Abstract

本发明涉及镍基超合金，按重量百分比，镍基超合金包含：6％至8％铝、12％至15％钴、4％至8％铬、0％至0.2％铪、0.5％至4％钼、3.5％至6％铼、4％至6％钽、1％至3％钛、0％至2％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。

Description

在高温下具有高机械强度和环境稳定性的低密度镍基超合金
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。
发明内容
本发明的目的是提供镍基超合金组合物，其提供了改进的机械强度，特别是抗蠕变性。
本发明的另一目的是提供超合金组合物，所述组合物提供了改进的环境抵抗力，特别是抗氧化性和耐腐蚀性。
本发明的另一目的是提供超合金组合物，所述超合金组合物具有降低的密度。
根据第一方面，本发明提供镍基超合金，按重量百分比，所述镍基超合金包含：6％至8％铝、12％至15％钴、4％至8％铬、0％至0.2％铪、0.5％至4％钼、3.5％至6％铼、4％至6％钽、1％至3％钛、0％至2％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。
根据本发明的镍基超合金具有改进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易感性(susceptibility)。
根据本发明的镍基超合金提供了低于8.4g.cm-3的密度。
在可能的替代方案中，按重量百分比，所述超合金可以包含：6％至8％铝、12％至15％钴、4％至8％铬、0％至0.2％铪、0.5％至4％钼、3.5％至6％铼、4％至6％钽、1％至3％钛、0％至2％钨、0％至0.05％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，所述超合金可以包含：6％至8％铝、12％至15％钴、4％至8％铬、0％至0.15％铪、0.5％至4％钼、3.5％至6％铼、4％至6％钽、1％至3％钛、0％至2％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，所述超合金可以包含：6.5％至7.5％铝、12％至15％钴、4.5％至7.5％铬、0％至0.2％铪、0.5％至3.5％钼、3.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0％至1.5％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，所述超合金也可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、4.5％至5.5％铬、0％至0.2％铪、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0.5％至1.5％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，所述超合金可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、4.5％至5.5％铬、0％至0.15％铪、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0.5％至1.5％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，所述超合金可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、4.5％至5.5％铬、0％至0.1％铪、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0.5％至1.5％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，所述超合金可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、4.5％至5.5％铬、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0.5％至1.5％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，所述超合金可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、4.5％至5.5％铬、0％至0.1％铪、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0.5％至1.5％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，所述超合金还可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、4.5％至5.5％铬、0％至0.2％铪、0.5％至1.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，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，所述超合金可以包含：6.5％至7.5％铝、12％至14％钴、5.5％至6.5％铬、0％至0.2％铪、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据另一可能的替代方案，按重量百分比，所述超合金可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、5.5％至6.5％铬、0％至0.2％铪、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据另一可能的替代方案，按重量百分比，所述超合金可以包含：6.5％至7.5％铝、12％至14％钴、6.5％至7.5％铬、0％至0.2％铪、0.5％至1.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据另一可能的替代方案，按重量百分比，所述超合金可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、6.5％至7.5％铬、0％至0.2％铪、1.5％至2.5％钼、3.5％至4.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，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，所述超合金可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、5.5％至6.5％铬、0％至0.2％铪、2.5％至3.5％钼、3.5％至4.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
根据第二方面，本发明提供了根据前述特征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，所述叶片能够是动叶片或桨叶、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，所述镍基超合金包含：6％至8％铝、12％至15％钴、4％至8％铬、0％至0.2％铪、0.5％至4％钼、3％至6％铼、4％至6％钽、1％至3％钛、0％至2％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，所述镍基超合金还可以有利地包含：6％至8％铝、12％至15％钴、4％至8％铬、0％至0.2％铪、0.5％至4％钼、3％至6％铼、4％至6％钽、1％至3％钛、0％至2％钨、0％至0.05％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述镍基超合金还可以有利地包含：6％至8％铝、12％至15％钴、4％至8％铬、0％至0.1％铪、0.5％至4％钼、3％至6％铼、4％至6％钽、1％至3％钛、0％至2％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，所述镍基超合金还可以有利地包含：6％至8％铝、12％至15％钴、4％至8％铬、0％至0.05％铪、0.5％至4％钼、3％至6％铼、4％至6％钽、1％至3％钛、0％至2％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，所述镍基超合金还可以有利地包含：6％至8％铝、12％至15％钴、4％至8％铬、0％至0.1％铪(优选0％至0.05％铪)、0.5％至4％钼、3％至6％铼、4％至6％钽、1％至3％钛、0％至2％钨、0％至0.05％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金也可以有利地包含：6.5％至7.5％铝、12％至15％钴、4.5％至7.5％铬、0％至0.2％铪、0.5％至3.5％钼、3.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0％至1.5％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，所述超合金可以有利地包含：6.5％至7.5％铝、12％至15％钴、4.5％至7.5％铬、0％至0.2％铪、0.5％至3.5％钼、3.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0％至1.5％钨、0％至0.05％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金也可以有利地包含：6.5％至7.5％铝、12％至15％钴、4.5％至7.5％铬、0％至0.1％铪、0.5％至3.5％钼、3.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0％至1.5％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
优选地，按重量百分比，所述超合金可以包含：6.5％至7.5％铝、12％至15％钴、4.5％至7.5％铬、0％至0.05％铪、0.5％至3.5％钼、3.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0％至1.5％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
优选地，按重量百分比，所述超合金可以包含：6.5％至7.5％铝、12％至15％钴、4.5％至7.5％铬、0％至0.1％铪(优选0％至0.05％铪)、0.5％至3.5％钼、3.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0％至1.5％钨、0％至0.05％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金还可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、4.5％至5.5％铬、0％至0.2％铪、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0.5％至1.5％钨，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金还可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、4.5％至5.5％铬、0％至0.15％铪、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0.5％至1.5％钨，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金还可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、4.5％至5.5％铬、0％至0.1％铪、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0.5％至1.5％钨，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金还可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、4.5％至5.5％铬、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0.5％至1.5％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，所述超合金还可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、4.5％至5.5％铬、0％至0.1％铪、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0.5％至1.5％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，所述超合金还可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、4.5％至5.5％铬、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0.5％至1.5％钨，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金也可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、4.5％至5.5％铬、0％至0.2％铪、0.5％至1.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金还可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、4.5％至5.5％铬、0.5％至1.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金也可以包含：6.5％至7.5％铝、12％至14％钴、5.5％至6.5％铬、0％至0.2％铪、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金还可以包含：6.5％至7.5％铝、12％至14％钴、5.5％至6.5％铬、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金也可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、5.5％至6.5％铬、0％至0.2％铪、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金还可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、5.5％至6.5％铬、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金也可以包含：6.5％至7.5％铝、12％至14％钴、6.5％至7.5％铬、0％至0.2％铪、0.5％至1.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金还可以包含：6.5％至7.5％铝、12％至14％钴、6.5％至7.5％铬、0.5％至1.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金也可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、6.5％至7.5％铬、0％至0.2％铪、1.5％至2.5％钼、3.5％至4.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金还可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、6.5％至7.5％铬、1.5％至2.5％钼、3.5％至4.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金也可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、5.5％至6.5％铬、0％至0.2％铪、2.5％至3.5％钼、3.5％至4.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
按重量百分比，所述超合金还可以包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、5.5％至6.5％铬、2.5％至3.5％钼、3.5％至4.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，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(即，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(特别是对于腐蚀而言约为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，降低对拓扑致密相(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。
该超合金组合物改善了由所述超合金制造的部件的高温(650℃至1200℃)下的机械性能。
具体来说，该超合金组合物使其可以获得在950℃、1100小时下的250MPa的最小断裂应力，以及在1050℃、550小时下的150MPa的最小断裂应力，以及1200℃、510小时下的55MPa的最小断裂应力。
该机械性能具体是由于包含γ相和γ'相的微结构以及以摩尔百分比计6％的最大拓扑致密相含量。拓扑致密相(topologically compact phase)包括μ、P、R和σ相，以及拉夫斯相。微结构还可以包括以下碳化物：MC、M6C、M7C3和M23C6。
此外，由于微结构在650℃至1200℃具有更好的稳定性，因此获得了在温度下抗蠕变的这些机械性能。
该超合金组合物还改进了由所述超合金制成的部件的抗氧化性和耐腐蚀性。耐腐蚀性和抗氧化性通过在1200℃下在γ相中提供以原子百分比计至少9.5％的铝，以及在1200℃下在γ相中提供以原子百分比计至少7.5％的铬来实现，从而保证在材料表面形成氧化铝保护层。
此外，这种超合金组合物简化了部件的制造过程。这种简化是通过获得γ'沉淀物的固溶线温度与超合金的固相线温度(solidus temperature)之间至少10℃的差异来确保的，从而有助于在部件制造期间实施γ'沉淀物的再溶解步骤。
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 BDA0003164472790000101
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七个实施例(实施例1至11)以及市售或参考超合金(实施例12至16)的组成(以重量百分比计)。实施例12对应于
Figure BDA0003164472790000102
超合金，实施例13对应于
Figure BDA0003164472790000103
超合金，实施例14对应于CMSX-4
Figure BDA0003164472790000104
Mod C超合金，实施例15对应于
Figure BDA0003164472790000105
超合金，并且实施例16对应于CMSX-10
Figure BDA0003164472790000106
超合金。
[表1]
表1
Figure BDA0003164472790000111
表2给出了表1中所列超合金的估计特性。表2中给出的特性是密度、Konter标准(NFP)、以及950℃下1100小时的蠕变断裂应力、1050℃下550小时的蠕变断裂应力和1200℃下510小时的蠕变断裂应力，蠕变断裂应力在表2中命名为CRF。
[表2]
表2
Figure BDA0003164472790000121
表3给出了表1中所列超合金的估计特性。表3给出的特性是不同的转变温度(固溶线、固相线和液相线)，900℃、1050℃和1200℃下的γ'相的摩尔分数，900℃和1050℃下的拓扑密实相(TCP)的摩尔分数。
[表3]
表3
Figure BDA0003164472790000131
如表3所示，对于实施例1至11的超合金，1200℃下γ'相的摩尔分数较高(以摩尔百分比计，35％至40％)，反映了硬化沉淀物的高稳定性，从而提高了高温下的机械性能。此外，对于实施例1至11的超合金，拓扑致密相的摩尔分数在900℃下较低(≈5％)，在1050℃下可忽略不计(<0.5％)，这也反映了微结构的高稳定性，从而提高了高温下的机械性能。
表4给出了表1中所列超合金的估计特性。表4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4]
表4
γ相Cr活性 γ相Al活性
合金 900℃ 1100℃
实施例1 2,6E-3 1,94E-07
实施例2 2,4E-3 1,60E-07
实施例3 3,0E-3 1,96E-07
实施例4 2,9E-3 2,06E-07
实施例5 3,4E-3 2,10E-07
实施例6 3,0E-3 1,89E-07
实施例7 3,1E-3 2,07E-07
实施例8 2,6E-3 1,95E-07
实施例9 2,6E-3 1,96E-07
实施例10 2,6E-3 2,05-07
实施例11 2,6E-3 2,07-07
实施例12 3,10E-3 1,29E-07
实施例13 3,02E-3 1,27E-07
实施例14 1,50E-3 1,02E-07
实施例15 1,79E-3 1.47E-07
实施例16 5,21E-4 4,23E-08
如表2、3和4所示，根据本发明的超合金在高温下具有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3和表4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 (14)

1.镍基超合金，按重量百分比，所述镍基超合金包含：6％至8％铝、12％至15％钴、4％至8％铬、0％至0.2％铪、0.5％至4％钼、3.5％至6％铼、4％至6％钽、1％至3％钛、0％至2％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，所述超合金包含：6％至8％铝、12％至15％钴、4％至8％铬、0％至0.2％铪、0.5％至4％钼、3.5％至6％铼、4％至6％钽、1％至3％钛、0％至2％钨、0％至0.05％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
3.如权利要求1所述的超合金，其中，按重量百分比，所述超合金包含：6％至8％铝、12％至15％钴、4％至8％铬、0％至0.15％铪、0.5％至4％钼、3.5％至6％铼、4％至6％钽、1％至3％钛、0％至2％钨、0％至0.1％硅，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
4.如权利要求1所述的超合金，其中，按重量百分比，所述超合金包含：6.5％至7.5％铝、12％至15％钴、4.5％至7.5％铬、0％至0.2％铪、0.5％至3.5％钼、3.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0％至1.5％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，所述超合金包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、4.5％至5.5％铬、0％至0.2％铪、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛、0.5％至1.5％钨，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
6.如权利要求4所述的超合金，其中，按重量百分比，所述超合金包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、4.5％至5.5％铬、0％至0.2％铪、0.5％至1.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
7.如权利要求4所述的超合金，其中，按重量百分比，所述超合金包含：6.5％至7.5％铝、12％至14％钴、5.5％至6.5％铬、0％至0.2％铪、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
8.如权利要求4所述的超合金，其中，按重量百分比，所述超合金包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、5.5％至6.5％铬、0％至0.2％铪、1.5％至2.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
9.如权利要求4所述的超合金，其中，按重量百分比，所述超合金包含：6.5％至7.5％铝、12％至14％钴、6.5％至7.5％铬、0％至0.2％铪、0.5％至1.5％钼、4.5％至5.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
10.如权利要求4所述的超合金，其中，按重量百分比，所述超合金包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、6.5％至7.5％铬、0％至0.2％铪、1.5％至2.5％钼、3.5％至4.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
11.如权利要求4所述的超合金，其中，按重量百分比，所述超合金包含：6.5％至7.5％铝、13％至15％钴、5.5％至6.5％铬、0％至0.2％铪、2.5％至3.5％钼、3.5％至4.5％铼、4.5％至5.5％钽、1.5％至2.5％钛，其余部分则由镍和不可避免的杂质组成。
12.如权利要求1至11中任一项所述的镍基超合金的涡轮机械部件。
13.如权利要求12所述的部件，其中，所述部件是单晶的。
14.一种通过铸造制造如权利要求1至11中任一项所述的镍基超合金的涡轮机械部件的方法。
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