CN114737082A - 一种耐高温镍基合金 - Google Patents
一种耐高温镍基合金 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114737082A CN114737082A CN202110015676.8A CN202110015676A CN114737082A CN 114737082 A CN114737082 A CN 114737082A CN 202110015676 A CN202110015676 A CN 202110015676A CN 114737082 A CN114737082 A CN 114737082A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- percent
- equal
- less
- alloy
- nickel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 55
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 65
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 title abstract description 28
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 11
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 6
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 6
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 6
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 5
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 5
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 5
- 101000912561 Bos taurus Fibrinogen gamma-B chain Proteins 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
- C22C19/057—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being less 10%
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
本发明公开了一种耐高温镍基合金，所述镍基合金以重量百分数计由下列组份组成：Co:10.5‑11.5%，Cr:6.5‑7.5%，Mo:1.75‑1.95%，W:7.0‑8.0%，Al:7.35‑7.85%，Ti:0.50‑0.70%，Ta:6.5‑7.5%，Hf:1.20‑1.30%，C:≤0.065%，B:≤0.0055%，Si:≤0.065%，余量为Ni和不可避免杂质。
Description
技术领域
本发明涉及合金技术领域，特别涉及一种耐高温镍基合金材料。
背景技术
镍基高温合金作为一种重要的结构材料，具有优良的高温力学性能和抗热腐蚀性能，是目前先进航空发动机和工业燃气轮机叶片的主要材料。可满足长期服役的先进航空发动机及能胜任高峰负荷发电的工业燃气轮机的出现，要求材料具有抗蠕变、抗疲劳、低热膨胀系数、高弹性模量以及低密度等综合性能。镍基高温合金是迄今性能最为优越，用途最为广泛的航空发动机材料。随着航空事业的发展，特别是对先进航空发动机推力和推重比要求的不断提高，迫使涡轮入口温度不断升高，这对镍基高温合金的承温能力提出了更高的要求。为了满足使用要求，必须从材料设计及制备技术方面进行深入研究并取得突破。
镍基高温合金通过适当调节合金成分，可以使合金不但具有钴基合金无法比拟的高温强度，而且还具有较高的初熔温度、较好的冷热疲劳性能、较高的塑性和韧性，较高的抗氧化和耐腐蚀性，以及较低的密度，在航空发动机很多部件上应用具有特殊的意义。
国内尽管开发了很多镍基高温合金，如K403、K405、K441和K417G等合金，这些合金普遍存在初熔温度及塑性与钴基高温合金相比相差较大，限制了这些合金的应用。金属间化合物虽然具有比重低和强度高的特点，但由于其室温塑性差，限制了其工程应用。所以就需要开发新的合金，要求具有高初熔温度、适当密度、具有良好的铸造性能、良好的热疲劳性能和较高的抗高温氧化性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种有较高熔点能够长时间耐受1350℃及以上高温，材料成本较低，且同时具有较好抗拉强度和屈服强度的镍基合金。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种耐高温镍基合金，所述镍基合金以重量百分数计由下列组份组成：Co: 10.5-11.5%，Cr: 6.5-7.5%，Mo: 1.75-1.95%，W: 7.0-8.0%，Al: 7.35-7.85%，Ti: 0.50-0.70%，Ta: 6.5-7.5%，Hf: 1.20-1.30%，C: ≤0.065%，B: ≤0.0055%，Si: ≤0.065%，余量为Ni和不可避免杂质。
优选，所述镍基合金以重量百分数计由下列组份组成：Co: 10.6-11.4%，Cr: 6.7-7.4%，Mo: 1.79-1.90%，W: 7.1-7.9%，Al: 7.45-7.80%，Ti: 0.51-0.68%，Ta: 6.6-7.4%，Hf: 1.21-1.29%，C: ≤0.065%，B: ≤0.0055%，Si: ≤0.065%，余量为Ni和不可避免杂质。
最优选，所述镍基合金以重量百分数计由下列组份组成：Co: 11.0%，Cr: 7.0%，Mo: 1.85%，W: 7.5%，Al: 7.60%，Ti: 0.60%，Ta: 7.0%，Hf: 1.25%，C: ≤0.065%，B: ≤0.0055%，Si: ≤0.065%，余量为Ni和不可避免杂质。
本发明中提供的合金中含有较高的Cr，Cr在镍基合金中最主要的作用是增加强度、抗氧化和耐蚀能力，可以作为耐高温合金材料的重要合金元素。
本发明中提供的合金中含有较高的Co，主要作用有：（1）固溶强化。钴在镍基合金中大部分分布于固溶体基体中，少量进入γ′相，钴进入基体后产生固溶强化效果，尤其是降低基体的层错能，极大地提高合金的持久强度和蠕变抗力；（2）增加γ′相含量，钴能减少铝和钛的溶解度，增加γ′相含量；（3）影响碳化物析出。钴能增加碳的固溶度，减少碳化物的析出；（4）改善合金的塑性及热加工性能：提高合金的组织稳定性。
本发明中提供的合金中含有较高的W、Mo等强化元素，可提高原子间结合力，提高扩散激活能，使扩散过程变慢，同时提高再结晶温度，从而提高合金的热强性。钼和钨可不同程度地进入γ′相中，尤其是钨，它在γ和γ′相中分配比约等于1。因此，镍基合金中添加钨、钼将导致γ′相数量增加，热稳定性提高。钨优先分布在枝晶轴上，而钼则集中于晶界和枝晶界，因此钨、钼同时加入对合金性能起到综合强化效果。但过量钨、钼会析出金属间化合物及增加析出TCP有害相的倾向性，即降低合金性能，又损害合金的抗氧化腐蚀性能，促进酸性熔融，导致灾难性氧化。
本发明加入适量的Ti可形成适量的弥散分布的MC碳化物，能形成比较稳定的TiC，同时形成γ′相强化晶界，进一步提高镍基合金的高温性能。
本发明通过使合金中含有较高含量的Al含量，形成γ′相，以保证合金良好的抗氧化性能和较高的室温和高温强度。
本发明中加入适量的Ta，Ta能能置换一部分Al和Ti而进入γ′相。Ta与碳有很大的亲和力，能形成稳定的TaC，从而有效地细化晶粒。钽溶入γ′相，进入碳化物，从而提高这些相的热稳定性，延缓γ′相的聚集长大过程，提高合金的强度指标。
本发明中加入适量的Hf，Hf在γ′相中的溶解度比在γ相中要大些，因而更能强化γ′相，同时又是极强的碳化物形成元素，能阻止M23C6或M6C沿晶界大量析出，能与MC分解而放出的碳形成二次稳定的细小、分散、不规则的MC(主要是HfC)颗粒。Hf还能提高基体合金的抗氧化性。
本发明具有如下有益效果：
1）如上所述，调整了合金的成分组成，在大量实验的基础上，确定了合金的组成元素及各元素的含量，使得各元素的作用达到了协同技术效果，特别是Co、W、Ta等提高高温性能的合金元素，其技术效果相互正向叠加，使得合金的熔点可以超过1490℃，使得产品的耐高温、耐氧化性能显著提高，可以长时间在1390-1440℃的高温下服役。
2）除耐高温外，合金元素配比的调整使得强度、韧性以及耐腐蚀性能等综合性能显著改善。
具体实施方式
实施例一
一种耐高温镍基合金，所述镍基合金以重量百分数计由下列组份组成：Co:11.1%，Cr: 7.1%，Mo: 1.87%，W: 7.6%，Al: 7.70%，Ti: 0.65%，Ta: 7.1%，Hf: 1.26%，C: ≤0.065%，B: ≤0.0055%，Si: ≤0.065%，余量为Ni和不可避免杂质。
实施例二
一种耐高温镍基合金，所述镍基合金以重量百分数计由下列组份组成：Co:10.8%，Cr: 6.8%，Mo: 1.81%，W: 7.8%，Al: 7.60%，Ti: 0.59%，Ta: 6.9%，Hf: 1.24%，C: ≤0.065%，B: ≤0.0055%，Si: ≤0.065%，余量为Ni和不可避免杂质。
实施例三
一种耐高温镍基合金，所述镍基合金以重量百分数计由下列组份组成：Co:10.7%，Cr: 7.3%，Mo: 1.83%，W: 7.4%，Al: 7.58%，Ti: 0.61%，Ta: 6.8%，Hf: 1.24%，C: ≤0.065%，B: ≤0.0055%，Si: ≤0.065%，余量为Ni和不可避免杂质。
实施例四
一种耐高温镍基合金，所述镍基合金以重量百分数计由下列组份组成：Co:11.3%，Cr: 7.2%，Mo: 1.81%，W: 7.3%，Al: 7.61%，Ti: 0.58%，Ta: 7.3%，Hf: 1.22%，C: ≤0.065%，B: ≤0.0055%，Si: ≤0.065%，余量为Ni和不可避免杂质。
实施例五
一种耐高温镍基合金，所述镍基合金以重量百分数计由下列组份组成：Co:11.4%，Cr: 6.6%，Mo: 1.77%，W: 7.4%，Al: 7.75%，Ti: 0.68%，Ta: 7.4%，Hf: 1.23%，C: ≤0.065%，B: ≤0.0055%，Si: ≤0.065%，余量为Ni和不可避免杂质。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (3)
1.一种镍基高温合金，其特征在于，所述合金以重量百分数计由下列组份组成：Co:10.5-11.5%，Cr: 6.5-7.5%，Mo: 1.75-1.95%，W: 7.0-8.0%，Al: 7.35-7.85%，Ti: 0.50-0.70%，Ta: 6.5-7.5%，Hf: 1.20-1.30%，C: ≤0.065%，B: ≤0.0055%，Si: ≤0.065%，余量为Ni和不可避免杂质。
2.如权利要求1所述的镍基高温合金，其特征在于，所述合金以重量百分数计由下列组份组成：Co: 10.6-11.4%，Cr: 6.7-7.4%，Mo: 1.79-1.90%，W: 7.1-7.9%，Al: 7.45-7.80%，Ti: 0.51-0.68%，Ta: 6.6-7.4%，Hf: 1.21-1.29%，C: ≤0.065%，B: ≤0.0055%，Si: ≤0.065%，余量为Ni和不可避免杂质。
3.如权利要求1-2所述的镍基高温合金，其特征在于，所述合金以重量百分数计由下列组份组成：Co: 11.0%，Cr: 7.0%，Mo: 1.85%，W: 7.5%，Al: 7.60%，Ti: 0.60%，Ta: 7.0%，Hf: 1.25%，C: ≤0.065%，B: ≤0.0055%，Si: ≤0.065%，余量为Ni和不可避免杂质。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110015676.8A CN114737082A (zh) | 2021-01-07 | 2021-01-07 | 一种耐高温镍基合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110015676.8A CN114737082A (zh) | 2021-01-07 | 2021-01-07 | 一种耐高温镍基合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114737082A true CN114737082A (zh) | 2022-07-12 |
Family
ID=82274299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110015676.8A Pending CN114737082A (zh) | 2021-01-07 | 2021-01-07 | 一种耐高温镍基合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114737082A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130202913A1 (en) * | 2010-10-19 | 2013-08-08 | Kyoko Kawagishi | Ni-BASED SUPERALLOY COMPONENT HAVING HEAT-RESISTANT BOND COAT LAYER FORMED THEREIN |
| CN110951997A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-03 | 上海金甸机电设备成套有限公司 | 一种950~1050℃等温锻造用铸造高温合金模具材料 |
| CN111163876A (zh) * | 2017-09-29 | 2020-05-15 | 日立金属株式会社 | 热锻材的制造方法 |
-
2021
- 2021-01-07 CN CN202110015676.8A patent/CN114737082A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130202913A1 (en) * | 2010-10-19 | 2013-08-08 | Kyoko Kawagishi | Ni-BASED SUPERALLOY COMPONENT HAVING HEAT-RESISTANT BOND COAT LAYER FORMED THEREIN |
| CN111163876A (zh) * | 2017-09-29 | 2020-05-15 | 日立金属株式会社 | 热锻材的制造方法 |
| CN110951997A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-03 | 上海金甸机电设备成套有限公司 | 一种950~1050℃等温锻造用铸造高温合金模具材料 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5154884A (en) | Single crystal nickel-base superalloy article and method for making | |
| JP5595917B2 (ja) | 実質的にレニウムを含まないニッケル基超合金組成物及び超合金物品 | |
| US8876989B2 (en) | Low rhenium nickel base superalloy compositions and superalloy articles | |
| CN109321786B (zh) | 一种钴基高温合金及其制备方法 | |
| CN109576534B (zh) | 一种低钨含量γ′相强化钴基高温合金及其制备工艺 | |
| CN111961920B (zh) | 一种高承温能力的镍基单晶高温合金及其制备方法 | |
| KR20120053645A (ko) | 고온에서의 기계적 특성이 우수한 다결정 니켈기 초내열합금 | |
| US20080240972A1 (en) | Low-density directionally solidified single-crystal superalloys | |
| CN103173865A (zh) | 一种低成本镍基单晶高温合金及其制备方法 | |
| CN114164357B (zh) | 一种低成本、低密度镍基单晶高温合金 | |
| CN112853156B (zh) | 一种高组织稳定性镍基高温合金及其制备方法 | |
| CN114164356A (zh) | 一种高强度镍基单晶高温合金 | |
| CN109554580B (zh) | 一种镍基合金、其制备方法与制造物品 | |
| CN115011844B (zh) | 一种含铼无钨低比重镍基单晶高温合金及其热处理工艺 | |
| CN114737082A (zh) | 一种耐高温镍基合金 | |
| CN114231767B (zh) | 一种抗热腐蚀镍基高温合金的σ相析出控制方法 | |
| CN115354195A (zh) | 一种抗裂纹镍基高温合金及其制备方法和应用 | |
| US4684505A (en) | Heat resistant alloys with low strategic alloy content | |
| CN115505788A (zh) | 一种抗应变时效开裂的镍基高温合金及其制备方法和应用 | |
| EP2216420B1 (en) | Nickel-base superalloys | |
| CN112176224A (zh) | 一种综合性能优异的高强镍基单晶高温合金 | |
| CN115505790B (zh) | 一种焊缝强度稳定的镍基高温合金及其制备方法和应用 | |
| CN112226648A (zh) | 一种低Re、低S耐热腐蚀镍基单晶高温合金 | |
| CN115572861B (zh) | 一种易于加工成型的镍基高温合金及其制备方法和应用 | |
| CN115505791B (zh) | 一种弯曲无裂纹的镍基高温合金及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220712 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |