CN114737081A - 一种具有分层微观结构的Ni-Al-Ti基高温合金及其制备方法 - Google Patents
一种具有分层微观结构的Ni-Al-Ti基高温合金及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种具有分层微观结构的Ni‑Al‑Ti基高温合金,分层微观结构由γ基体、立方形γ`沉淀相和γ颗粒组成,立方形γ`沉淀相分布于γ基体中,γ颗粒生长在γ`沉淀相中,立方形γ`沉淀相为L12型结构。还涉及一种具有分层微观结构的Ni‑Al‑Ti基高温合金的制备方法,通过单晶铸造、退火、预时效处理和时效处理得到具有分层微观结构的Ni‑Al‑Ti基高温合金。相较传统的较传统的γ/γ`共格结构而言,本发明的分层微观结构可使合金具有更好的力学性能,这是由于γ`沉淀相中的γ颗粒可以提高γ`变形时的剪切阻力,从而提高材料的力学性能,且分层微观结构中的γ颗粒可以延缓γ`的粗化,属于镍基高温合金领域。
Description
技术领域
本发明涉及镍基高温合金领域,具体涉及一种具有分层微观结构的Ni-Al-Ti基高温镍合金及其制备方法。
背景技术
航空航天所用的材料都对性能有着极其苛刻的要求,其中以航空涡轮发动机所用的涡轮叶片为著,目前以镍基高温合金为主。传统的镍基高温合金其强化相主要为在γ基体上析出的立方形γ`相,该析出相为L12结构。
然而,随着航空航天用高温合金的不断发展,传统的γ/γ`共格结构的镍基高温合金的力学性能已不足以满足需求。另外,镍基高温合金的工作温度已接近其熔点,在长期高温的工作条件下,容易发生γ`的粗化,使合金的力学性能降低。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题,本发明的目的是:提供一种力学性能较好的具有分层微观结构的Ni-Al-Ti基高温合金及其制备方法。
为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:一种具有分层微观结构的Ni-Al-Ti基高温合金,成分表达式为NiaAlbTicXd,其中a、b、c和d表示原子百分比,X为γ相形成元素,a=75~88at.%,b=6~10at.%,c=4~6at.%,d=0~5at.%,a+b+c+d=100at.%;分层微观结构由γ基体、立方形γ`沉淀相和γ颗粒组成,立方形γ`沉淀相分布于γ基体中,γ颗粒生长在γ`沉淀相中,立方形γ`沉淀相为L12型结构。
相较传统的γ/γ`共格结构而言,上述分层微观结构可使合金具有更好的力学性能,这是由于γ`沉淀相中的γ颗粒可以提高γ`变形时的剪切阻力,从而提高材料的力学性能,且分层微观结构中的γ颗粒可以延缓γ`的粗化。
作为一种优选,X包括Cr、Co、Ru、Hf、Mo、W、Re中的一种或多种。
一种上述的具有分层微观结构的Ni-Al-Ti基高温合金的制备方法,包括如下步骤,
S1,通过单晶铸造法得到铸件;
S2,在氩气氛围下对铸件进行均匀化退火处理;
S3,在氩气氛围下对铸件进行预时效处理;
S4,在氩气氛围下对铸件进行时效处理。
作为一种优选,步骤S2中,退火温度为1250~1300℃,时间为4~24h,冷却方式为水淬。通过步骤S2,可降低或消除成分偏析。
作为一种优选,步骤S3中,预时效处理温度为900~1000℃,时间为0.5~1.5h,冷却方式为水淬。通过步骤S3,使立方状的γ`沉淀相分布均匀。
作为一种优选,步骤S4中,时间处理温度为650~850℃,时间为3~350h,冷却方式为水淬。通过步骤S4,在γ′沉淀相上出现γ颗粒,产生分层微观结构。
总的说来,本发明具有如下优点:本发明提出了一种适用于650~850℃的具有分层微观结构的Ni-Al-Ti基高温合金,较传统的γ/γ`共格结构具有更好的力学性能,并可以大大延缓γ`的粗化。另外,本发明采用了一种采用适当的方法使镍基高温合金形成稳定的分层微观结构,对合金的力学性能和高温稳定性具有重要的意义。
附图说明
图1为实验组1的Ni86.1Al8.5Ti5.4高温合金的透射电镜暗场像。
图2为实验组2的Ni86.1Al8.5Ti5.4高温合金的透射电镜暗场像。
图3为实验组3的Ni86.1Al8.5Ti5.4高温合金的透射电镜暗场像。
图4为实验组4的Ni86.1Al8.5Ti5.4高温合金的透射电镜暗场像。
图5为实验组5的Ni86.1Al8.5Ti5.4高温合金的透射电镜暗场像。
图6为实验组6的Ni86.1Al8.5Ti5.4高温合金的透射电镜暗场像。
图7为实验组7的Ni86.1Al8.5Ti5.4高温合金的透射电镜暗场像。
图8为对照组1的Ni86.1Al8.5Ti5.4高温合金的透射电镜暗场像。
图9为对照组2的Ni86.1Al8.5Ti5.4高温合金的透射电镜暗场像。
图10为各实验组和对照组的显微维氏硬度散点图。
其中,1为γ基体,2为γ颗粒,3为γ`沉淀相。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
实施例一
一种具有分层微观结构的Ni-Al-Ti基高温合金,分层微观结构由γ基体、立方形γ`沉淀相和γ颗粒组成,立方形γ`沉淀相分布于γ基体中,γ颗粒生长在γ`沉淀相中,立方形γ`沉淀相为L12型结构。
上述具有分层微观结构的Ni-Al-Ti基高温合金的成分表达式为Ni86.1Al8.5Ti5.4。
一种上述的具有分层微观结构的Ni-Al-Ti基高温合金的制备方法,包括如下步骤,
S1,通过单晶铸造法得到铸件;
S2,在氩气氛围下对铸件进行均匀化退火处理;
S3,在氩气氛围下对铸件进行预时效处理;
S4,在氩气氛围下对铸件进行时效处理。
步骤S1中,按照各合金成分按照原子百分比通过单晶铸造得到单晶棒,采用的金属原料均为纯度≥99.95%的金属原料。
步骤S2中,退火温度为1250~1300℃,时间为4~24h,冷却方式为水淬。
步骤S3中,预时效处理温度为900~1000℃,时间为0.5~1.5h,冷却方式为水淬。
步骤S4中,时间处理温度为650~850℃,时间为3~350h,冷却方式为水淬。
按照上述制备方法,制得7组具有分层微观结构的Ni86.1Al8.5Ti5.4高温合金高温合金,分别作为实验组1-7,再改变时效处理参数为750℃/384h获得对照组1,省去时效处理获得对照组2。各实验组和对照组的制备参数具体如表1所示。
表1
采用透射电镜观察实验组和对照组中立方状γ`沉淀相的尺寸。实验组1-7的透射电镜暗场像如图1~图7所示,对照组1-2的透射电镜暗场像如图8~图9所示,对各实验组和对照组制得的合金进行显微维氏硬度测试,测试结果如图10所示。
与图9的对照组2相比,各实验组由于γ颗粒的存在,γ`沉淀相在随后的长时间时效中尺寸无明显变化,γ颗粒在时效过程中会逐渐定向粗化,由球状变成长条状,随后接触到γ`沉淀相的边缘最终撕裂γ`沉淀相,从而细化γ`沉淀相,而γ颗粒则会融入γ基体中。分裂并失去γ颗粒的γ`沉淀相会后时效过程中逐渐长大。如图8的对照组1,其在被定向粗化γ颗粒撕裂后,γ`沉淀相又在时效过程中重新长大到与各实验组相差不大的尺寸。
因此,在实际使用时,本发明的Ni-Al-Ti基高温合金不仅在初期具备较高的硬度,且由于γ颗粒的存在,其力学性能相较于传统的高温合金更加稳定。
上述实施例为发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种具有分层微观结构的Ni-Al-Ti基高温合金,其特征在于:成分表达式为NiaAlbTicXd,其中a、b、c和d表示原子百分比,X为γ相形成元素,a=75~88at.%,b=6~10at.%,c=4~6at.%,d=0~5at.%,a+b+c+d=100at.%;
分层微观结构由γ基体、立方形γ`沉淀相和γ颗粒组成,立方形γ`沉淀相分布于γ基体中,γ颗粒生长在γ`沉淀相中,立方形γ`沉淀相为L12型结构。
2.按照权利要求2所述的一种具有分层微观结构的Ni-Al-Ti基高温合金,其特征在于:X包括Cr、Co、Ru、Hf、Mo、W、Re中的一种或多种。
3.一种权利要求1~2任一项所述的具有分层微观结构的Ni-Al-Ti基高温合金的制备方法,其特征在于:包括如下步骤,
S1,通过单晶铸造法得到铸件;
S2,在氩气氛围下对铸件进行均匀化退火处理;
S3,在氩气氛围下对铸件进行预时效处理;
S4,在氩气氛围下对铸件进行时效处理。
4.按照权利要求3所述的一种具有分层微观结构的Ni-Al-Ti基高温合金的制备方法,其特征在于:步骤S2中,退火温度为1250~1300℃,时间为4~24h,冷却方式为水淬。
5.按照权利要求3所述的一种具有分层微观结构的Ni-Al-Ti基高温合金的制备方法,其特征在于:步骤S3中,预时效处理温度为900~1000℃,时间为0.5~1.5h,冷却方式为水淬。
6.按照权利要求3所述的一种具有分层微观结构的Ni-Al-Ti基高温合金的制备方法,其特征在于:步骤S4中,时间处理温度为650~850℃,时间为3~350h,冷却方式为水淬。
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