CN1137277C - 一种定向凝固钴基高温合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高温合金技术，特别提供了一种定向凝固的钴基高温合金。它包含(重量百分比)：C 0.3～0.5，B 0.008～0.07，Al 0.7～1.3，Ni 9～12，Cr 24～27，W 6～9，Mo 0.1～0.5，Ti 0.1～0.3，Ta 0.1～0.5，Co余；所述合金成份还包括Zr0.1～0.3。本发明高温性能好，塑性明显提高，持久性能好，使用寿命长。

Description

一种定向凝固钴基高温合金
本发明涉及高温合金技术，特别提供了一种定向凝固钴基高温合金。
钴基高温合金是固溶强化和碳化物弥散强化合金，具有较高的初熔温度，良好的抗氧化、耐腐蚀性能，较好的蠕变强度和优异的热疲劳性能，特别是具有非常平坦的应力——断裂时间——温度参数特性。这种综合性能优越的合金，用作耐高温、耐腐蚀和长寿命的工作部件，具有特殊的意义。X40是一种老牌号的等轴晶铸造钴基高温合金，具有比一般镍基和铁基高温合金高得多的初熔温度、良好的抗氧化耐腐蚀性能、较好的抗蠕变强度和冷热疲劳性能，因而X40合金长期广泛应用于航空、舰船和陆用发电发动机涡轮导向器叶片等热端部件。但X40的致命弱点是高温强度低，塑性有限。
本发明的目的在于提供一种高温强度、塑性性能更为优异的定向凝固钴基高温合金。
本发明的技术方案是：它包含(重量百分比)：
C 0.3～0.5  B 0.008～0.07  Al 0.7～1.3  Ni 9～12    Cr 24～27
W 6～9      Mo 0.1～0.5    Ti 0.1～0.3  Ta 0.1～0.5 Co余。
还含有Zr 0.1～0.3。
本发明具有如下优点：
1.高温性能好，可以定向凝固。本发明主要是在原X40合金基础上，通过添加B、Al、Zr等合金元素微合金化，使得合金高温性能提高，并可以定向凝固；本发明由于在合金中加入了微量Al，使得在液态金属和型芯或陶瓷型壳界面上形成一层Al2O3薄膜，从而避免了在长时间定向凝固过程中发生界面反应。
2.塑性明显提高。本发明980℃延伸率为30～50％，面收缩率为50～80％，而X40合金分别为3％和5％。
3.持久性能好，使用寿命长。本发明650℃/444MPa条件下，尽管应力比X40高出52MPa，持久寿命仍然是X40的2倍；816℃/206MPa时是X40的4～8倍；980℃/83MPa条件下，应力比X40高28MPa，持久寿命却是X40的2～3倍；100小时持久强度极限表明，本发明合金比X40合金使用温度可以提高45℃，可延长使用寿命4～8倍。
下面通过实施例详述本发明。
实施例1
本实施例合金成份见表1。
表1
    合金元素     C     B     Al     Zr     Ni     Co
    含量(wt％)     0.45     0.01     0.8     0.15     11 余
    合金元素     Cr     W     Mo     Ti     Ta
    含量wt％     25     7.5     0.2     0.15     0.25
本发明工作原理如下：
本发明主要是在原X40合金基础上，通过添加B、Al、Zr等合金元素微合金化，使得合金高温性能提高，并可以定向凝固；本发明由于在合金中加入了微量Al，使得在液态金属和型芯或陶瓷型壳界面上形成一层Al2O3薄膜，从而避免了在长时间定向凝固过程中发生界面反应；C和B对合金高温持久性能的影响十分显著，随着C、B含量的增加，合金持久寿命显著提高，但在上述成分范围内，C的影响不及B显著，而且在C含量较高时合金持久性能变化趋于平缓，所以添加微量B对提高合金性能十分有利；添加微量Zr对改善定向凝固合金横向性能有利。本发明合金与X40相比塑性得到明显提高：980℃延伸率为30～50％，面收缩率为50～80％(X40分别为3％和5％)。合金持久性能也显著提高：650℃/444MPa条件下，尽管应力比X40高出52MPa，持久寿命仍然是X40的2倍；816℃/206MPa时是X40的4～8倍；980℃/83MPa条件下，应力比X40高28MPa，持久寿命却是X40的2～3倍。100小时持久强度极限表明，本发明合金比X40合金使用温度可以提高45℃，可延长使用寿命4～8倍。
合金在真空感应炉中熔炼后，再放入真空定向凝固炉中，定向凝固成Φ16×140mm钴基高温合金试样，与X40合金试样做生能比较、结果见表2。
表2
    条件 合金 τ(hr) δ(％) ψ(％)
0(℃) σ(MPa)
650     444 本发明   696  712     21.9    19.6
    392 X40   342     6.6    5.0
750     314363 本发明   45169 777 300     36.432     32.8     16.7    5148      36.4   26.5
    310 X40   100     5.8    5.7
816     206225 本发明   1119237  981  505     23.234.8    36.0     26.4    39.675      70.0   69
    206 X40   131     14.0    13.5
850     185 本发明   412     30    46.3
    185 X40   100
900     125 本发明   424  639     26.5    12.9    31.8      58.9
    125 X40   100
980     83 本发明   291  195  170     24    24.8     32    47.6      45.8   78.8
    55 X40   100    3.0    3.0
实施例2
与实施例1不同之处在于，本实施例合金成份见表3。
表3
    合金元素     C     B     Al    Zr     Ni     Co
    含量(wt％)     0.31     0.04     1.25     9.5 余
    合金元素     Cr     W     Mo    Ti     Ta
    含量wt％     25     7.5     0.4    0.3     0.2
合金在真空感应炉中熔炼后，再放入真空定向凝固炉中，定向凝固成Φ16×140mm钴基高温合金试样，与X40合金试样做性能比较、结果见表4。
表4
    条件 合金 τ(hr) δ(％) Ψ(％)
      0(℃)     σ(MPa)
650     460 本发明     158     213   19.6
    392 X40     342     6.6   5.0
750     338 本发明     91     29   51.9
    310 X40     100     5.8   5.7
816     245 本发明     149     140     44.8     20   64     32
    206 X40     131     14.0   13.5
850     196206 本发明     172970     158     266     23.343.2     18.4     42.8   59.073.6     66     76.8
    185 X40     100
900     145 本发明     88
    125 X40     100
980     103 本发明     23     44.8   64
    55 X40     100     3.0   3.0

Claims (2)

1.一种定向凝固钴基高温合金，其特征在于它包含(重量百分比)：
C 0.3～0.5  B  0.008～0.07 Al 0.7～1.3  Ni 9～12    Cr 24～27
W 6～9      Mo 0.1～0.5    Ti 0.1～0.3  Ta 0.1～0.5 Co余。
2.按照权利要求1所述定向凝固钴基高温合金，其特征在于：所述合金成份还包括Zr0.1～0.3。
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