CN114525430B - 一种镍基高温合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镍基高温合金及其制备方法，其中，镍基高温合金以质量百分计，包含以下组分：C：0.01～0.12％、Cr：11.0～16.0％、Mo：2.5～6.5％、W：1.5～6.0％、Ta：0.5～2.0％、Al：1.0～3.5％、Ti：2.0～5.5％、Fe：2.5～5.5％、B：0.005～0.01％、Sc：0.3～0.8％、Ce：0.02～0.10％、La：0.05～0.1％、Y：0.01～0.08％，余量为Ni。本发明提供的镍基高温合金，通过添加Sc、Ce、La、Y等合金元素，利用Sc和Y与稀土元素Ce和La的协同作用，有效提高其高温性能，且不影响合金的再加工，保证镍基高温合金的可加工性及稳定性。

Description

一种镍基高温合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及高温合金制备的技术领域，尤其涉及到一种镍基高温合金及其制备方法。
背景技术
高温合金是指能在应力及高温(600℃以上)同时作用的环境下，具有长时间抗蠕变能力与高的持久强度和高的抗氧化和耐腐蚀性的金属材料。基于以上特点，高温合金在航空航天、核电、石油化工等多个领域广泛应用。高温合金按基体元素种类可分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金，镍基高温合金具有更好的高温强度以及组织稳定性，适合长时间在高温环境下工作，得到了更广泛的应用。
镍基高温合金因其具有优异的高温力学性能、组织稳定性以及抗热腐蚀性能被广泛应用在航空航天领域。为了进一步提高其高温性能，目前的主要方法为提高合金中难熔元素含量，但是较高含量的难熔元素导致合金在服役过程中易析出脆性拓扑密排相(TCP相)而损害合金的力学性能，同时还使合金的密度、可加工性下降、强化相稳定性下降及成本提高。另一种方式是在镍基高温合金中引入氧化物颗粒，这种方法的问题是合金中的氧化物颗粒与基体界面容易形成裂纹源导致合金动态力学性能下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于目前镍基高温合金存在高温性能不佳、稳定性不足的问题。
为此，第一方面，本发明提供了一种镍基高温合金，以质量百分计，包含以下组分：C：0.01～0.12％、Cr：11.0～16.0％、Mo：2.5～6.5％、W：1.5～6.0％、Ta：0.5～2.0％、Al：1.0～3.5％、Ti：2.0～5.5％、Fe：2.5～5.5％、B：0.005～0.01％、Sc：0.3～0.8％、Ce：0.02～0.10％、La：0.05～0.1％、Y：0.01～0.08％，余量为Ni。
第二方面，本发明提供了一种镍基高温合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)根据上述第一方面提供的镍基高温合金的组分配比配置原料；
(2)将原料在真空感应熔炉中熔化，搅拌均匀后保温静置，真空浇铸得到铸锭；
(3)在惰性气体保护气氛中，将铸锭进行二级固溶处理和二级时效处理，得到镍基高温合金。
进一步地，步骤(2)中先将Ni在真空感应炉中熔化保温，再按照组分配比加入C、Cr、Mo、Co、W、Ta、Al、Ti、Fe、B、Sc、Ce、La和Y。
进一步地，惰性气体为氩气，氩气的纯度≥99.99wt％。
进一步地，二级固溶处理的方法为在1300～1380℃的固溶温度下保温25～35h，空冷；在1000～1200℃的固溶温度下保温6～12h，空冷。
进一步地，二级时效处理的方法为在700～780℃的时效温度下保温15～25h，在800～860℃的时效温度下保温10～20h。
进一步地，铸锭经过二级固溶处理和二级时效处理后，空冷至室温得到镍基高温合金。
本发明提供的技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的镍基高温合金，通过添加Sc、Ce、La、Y等合金元素，利用Sc和Y与稀土元素Ce和La的协同作用，有效提高其高温性能，且不影响合金的密度，保证镍基高温合金的可加工性及稳定性。
2.本发明提供的镍基高温合金的制备方法，通过采用二级固溶与二级时效处理协同处理的热处理工艺路线，有效提高镍基高温合金室温强度和高温强度，开发出一种具有高性能稳定性的镍基高温合金材料。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
按重量百分计、配比原料：C：0.08％、Cr：12.5％、Mo：3.2％、W：2.6％、Ta：1.3％、Al：2.0％、Ti：3.2％、Fe：3.5％、B：0.009％、Sc：0.6％、Ce：0.05％、La：0.07％、Y：0.03％，余量为Ni。
将Ni在在真空感应炉中熔化保温，再按照上述组分配比加入C、Cr、Mo、Co、W、Ta、Al、Ti、Fe、B、Sc、Ce、La和Y，搅拌均匀后保温静置，真空浇铸得到镍基高温合金铸锭。对镍基高温合金铸锭进行二级固溶和二级时效处理。首先在纯度≥99.99wt％的氩气保护气氛中，将上述制备的镍基高温合金铸锭在1350℃的固溶温度下保温26h，空冷。随后在1150℃的固溶温度下保温10h，空冷。然后对铸锭进行二级时效处理，在720℃的时效温度下保温17h，随后在820℃的时效温度下保温16h，保温后空冷至室温，得到镍基高温合金。
实施例2
按重量百分计，配比原料：C：0.05％、Cr：14.0％、Mo：5.2％、W：3.6％、Ta：1.6％、Al：2.5％、Ti：4.3％、Fe：4.5％、B：0.007％、Sc：0.5％、Ce：0.07％、La：0.06％、Y：0.07％，余量为Ni。
将Ni在在真空感应炉中熔化保温，再按照上述组分配比加入C、Cr、Mo、Co、W、Ta、Al、Ti、Fe、B、Sc、Ce、La和Y，搅拌均匀后保温静置，真空浇铸得到镍基高温合金铸锭。对镍基高温合金铸锭进行二级固溶和二级时效处理。首先在纯度≥99.99wt％的氩气保护气氛中，将上述制备的镍基高温合金铸锭在1320℃的固溶温度下保温30h，空冷。随后在1180℃的固溶温度下保温8h，空冷。然后对铸锭进行二级时效处理，在760℃的时效温度下保温22h，随后在830℃的时效温度下保温18h，保温后空冷至室温，得到镍基高温合金。
实施例3
按重量百分计，配比原料：C：0.01％、Cr：16.0％、Mo：2.5％、W：6.0％、Ta：0.5％、Al：3.5％、Ti：2.0％、Fe：2.5％、B：0.01％、Sc：0.8％、Ce：0.02％、La：0.1％、Y：0.08％，余量为Ni。
将Ni在在真空感应炉中熔化保温，再按照上述组分配比加入C、Cr、Mo、Co、W、Ta、Al、Ti、Fe、B、Sc、Ce、La和Y，搅拌均匀后保温静置，真空浇铸得到镍基高温合金铸锭。对镍基高温合金铸锭进行二级固溶和二级时效处理。首先在纯度≥99.99wt％的氩气保护气氛中，将上述制备的镍基高温合金铸锭在1300℃的固溶温度下保温35h，空冷。随后在1000℃的固溶温度下保温6h，空冷。然后对铸锭进行二级时效处理，在700℃的时效温度下保温25h，随后在800℃的时效温度下保温20h，保温后空冷至室温，得到镍基高温合金。
实施例4
按重量百分计，配比原料：C：0.12％、Cr：11.0％、Mo：6.5％、W：1.5％、Ta：2.0％；Al：1.0％、Ti：5.5％、Fe：5.5％、B：0.005％、Sc：0.3％、Ce：0.10％、La：0.05％、Y：0.01％，余量为Ni。
将Ni在在真空感应炉中熔化保温，再按照上述组分配比加入C、Cr、Mo、Co、W、Ta、Al、Ti、Fe、B、Sc、Ce、La和Y，搅拌均匀后保温静置，真空浇铸得到镍基高温合金铸锭。对镍基高温合金铸锭进行二级固溶和二级时效处理。首先在纯度≥99.99wt％的氩气保护气氛中，将上述制备的镍基高温合金铸锭在1380℃的固溶温度下保温25h，空冷。随后在1200℃的固溶温度下保温12h，空冷。然后对铸锭进行二级时效处理，在780℃的时效温度下保温15h，随后在860℃的时效温度下保温10h，保温后空冷至室温，得到镍基高温合金。
对比例1
按重量百分计，配比原料：C：0.08％、Cr：12.5％、Mo：3.2％、W：2.6％、Ta：1.3％、Al：2.0％、Ti：3.2％、Fe：3.5％、B：0.009％、Sc：0.6％、Ce：0.05％、La：0.07％、Y：0.03％，余量为Ni。
将Ni在在真空感应炉中熔化保温，再按照上述组分配比加入C、Cr、Mo、Co、W、Ta、Al、Ti、Fe和B，搅拌均匀后保温静置，真空浇铸得到镍基高温合金铸锭。对镍基高温合金铸锭进行二级固溶和二级时效处理。首先在纯度≥99.99wt％的氩气保护气氛中，将上述制备的镍基高温合金铸锭在1350℃的固溶温度下保温26h，空冷。随后在1150℃的固溶温度下保温10h，空冷。然后对铸锭进行二级时效处理，在720℃的时效温度下保温17h，随后在820℃的时效温度下保温16h，保温后空冷至室温，得到镍基高温合金。
对比例2
按重量百分计，配比原料：C：0.08％，Cr：12.5％，Mo：3.2％，W：2.6％，Ta：1.3％，Al：2.0％，Ti：3.2％，Fe：3.5％，B：0.009％，Sc：0.6％，Ce：0.05％，La：0.07％，Y：0.03％，余量为Ni。
将Ni在在真空感应炉中熔化保温，再按照上述组分配比加入C、Cr、Mo、Co、W、Ta、Al、Ti、Fe、B、Sc、Ce、La和Y，搅拌均匀后保温静置，真空浇铸得到镍基高温合金铸锭。对镍基高温合金铸锭进行一次固溶和一次时效处理。首先在纯度≥99.99wt％的氩气保护气氛中，将上述制备的镍基高温合金铸锭在1350℃的固溶温度下保温26h，空冷。在720℃的时效温度下保温17h，保温后空冷至室温，得到镍基高温合金。
实验例
对实施例1-4及对比例1-2进行力学性能测试，结果如表1所示
表1高性能稳定性镍基高温合金力学性能
Figure BDA0003530848820000061
Figure BDA0003530848820000071
由上可知，实施例1-4制得的镍基高温合金在室温、650℃和750℃高温下都具有较高强度和延伸率，力学性能好，稳定性高。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种镍基高温合金，其特征在于，以质量百分计，包含以下组分：C：0.01～0.12％、Cr：11.0～16.0％、Mo：2.5～6.5％、W：1.5～6.0％、Ta：0.5～2.0％、Al：1.0～3.5％、Ti：2.0～5.5％、Fe：2.5～5.5％、B：0.005～0.01％、Sc：0.3～0.8％、Ce：0.02～0.10％、La：0.05～0.1％、Y：0.01～0.08％，余量为Ni；
所述镍基高温合金的制备方法，包括以下步骤：(1)根据所述镍基高温合金的组分配比配置原料；(2)将原料在真空感应熔炉中熔化，搅拌均匀后保温静置，真空浇铸得到铸锭；(3)在惰性气体保护气氛中，将所述铸锭进行二级固溶处理和二级时效处理，得到所述镍基高温合金；
所述二级固溶处理的方法为在1300～1380℃的固溶温度下保温25～35h，空冷；在1000～1200℃的固溶温度下保温6～12h，空冷；所述二级时效处理的方法为在700～780℃的时效温度下保温15～25h，在800～860℃的时效温度下保温10～20h。
2.一种如权利要求1所述的镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中先将Ni在真空感应炉中熔化保温，再按照组分配比加入C、Cr、Mo、Co、W、Ta、Al、Ti、Fe、B、Sc、Ce、La和Y。
3.根据权利要求2所述的镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气，所述氩气的纯度≥99.99wt％。
4.根据权利要求2所述的镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述铸锭经过二级固溶处理和二级时效处理后，空冷至室温得到所述镍基高温合金。
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