CN114774736A - 一种Ni-Si-Fe高温合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种Ni‑Si‑Fe高温合金，按照原子百分比，组成成分如下：Ni 82％～85％、Si 12％～14％、Fe 2％～4％；Ni‑Si‑Fe高温合金的微观结构由γ基体、γ基体中析出的γ`沉淀相和γ`沉淀相中析出的γ颗粒组成，γ颗粒的形态为圆形。一种上述的Ni‑Si‑Fe高温合金的制备方法，通过单晶铸造、均匀化退火、预时效处理和时效处理获得上述合金，与现有的γ/γ`共格结构的高温合金相比，本发明的γ基体/γ`沉淀相/γ颗粒的分层微观结构可使合金具有更好的力学性能，γ颗粒可以提高γ`变形时的剪切阻力，并且圆形的γ颗粒较为稳定，在合金高温使用过程中其力学性能不易衰减，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Ni-Si-Fe高温合金及其制备方法。
背景技术
镍基高温合金被广泛应用与航空航天，燃气轮机等领域，具有优异的高温力学性能和高温耐腐蚀性。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。然而随着高温合金的发展，其性能已逐渐达到瓶颈。
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稳定的Ni-Si-Fe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Ni-Si-Fe高温合金，按照原子百分比，组成成分如下：Ni 82％～85％、Si 12％～14％、Fe 2％～4％；Ni-Si-Fe高温合金的微观结构由γ基体、γ基体中析出的γ`沉淀相和γ`沉淀相中析出的γ颗粒组成，γ颗粒的形态为圆形。
与现有的γ/γ`共格结构的高温合金相比，γ基体/γ`沉淀相/γ颗粒的分层微观结构可使合金具有更好的力学性能，γ颗粒可以提高γ`变形时的剪切阻力，并且圆形的γ颗粒较为稳定，在合金高温使用过程中其力学性能不易衰减。
一种上述的Ni-Si-Fe高温合金的制备方法，包括如下步骤，
S1，将各合金成分按照原子百分比通过单晶铸造法得到单晶高温合金；
S2，对单晶高温合金进行均匀化退火处理；
S3，对单晶高温合金进行预时效处理；
S4，对单晶高温合金进行时效处理。
作为一种优选，步骤S2中，退火温度为1000～1100℃，时效时间9～11小时，热处理后进行水冷，均匀化退火在氩气的保护下进行。均匀化退火可使元素均匀分布，消除偏析。
作为一种优选，步骤S3中，时效温度为800～900℃，时效时间2～4小时，热处理后进行水冷，预时效在氩气的保护下进行。时效处理可使γ′析出相分布均匀。
作为一种优选，步骤S4中，时效温度为500～700℃，时效时间20～400小时，热处理后进行水冷，时效在氩气的保护下进行。通过最后的时效处理，在γ/γ`共格结构的γ`沉淀相中析出γ颗粒，得到分层微观结构，使合金的维氏硬度增大，力学性能增强。
总的说来，本发明具有如下优点：上述Ni-Si-Fe高温合金主要应用于航空航天领域，利用稳定的分层微观结构来提高合金的力学性能，从而替代传统通过增加元素的制备方法，同时由于其良好的综合力学性能和耐腐蚀性，也可用于国防，能源，化工，铁路，造船，等工业领域。
附图说明
图1为对照组1的Ni-Si-Fe高温合金的透射电镜暗场像。
图2为实验组1的Ni-Si-Fe高温合金的透射电镜暗场像。
图3为图2的部分区域放大图。
图4为实验组2的Ni-Si-Fe高温合金的透射电镜暗场像
图5为图4的部分区域放大图。
图6为实验组3的Ni-Si-Fe高温合金的透射电镜暗场像。
图7为图6的部分区域放大图。
图8为各实验组和对照组的维氏硬度图。
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Ni-Si-Fe高温合金，按照原子百分比，组成成分如下：Ni 83.9％、Si 13％、Fe3.1％；Ni-Si-Fe高温合金的微观结构由γ基体、γ基体中析出的γ`沉淀相和γ`沉淀相中析出的γ颗粒组成，γ颗粒的形态为圆形。
一种上述的Ni-Si-Fe高温合金的制备方法，包括如下步骤，
S1，将各合金成分按照原子百分比通过单晶铸造法得到单晶高温合金；
S2，对单晶高温合金进行均匀化退火处理；
S3，对单晶高温合金进行预时效处理；
S4，对单晶高温合金进行时效处理。
步骤S2中，退火温度为1050℃，时效时间10小时，热处理后进行水冷，均匀化退火在氩气的保护下进行。
步骤S3中，时效温度为850℃，时效时间3小时，热处理后进行水冷，预时效在氩气的保护下进行。
步骤S4中，时效温度为650℃，时效时间24小时，热处理后进行水冷，时效在氩气的保护下进行。
按照上述制备参数制得的Ni-Si-Fe高温合金作为实验组1，改变步骤S4中的时效时间为96小时制得的Ni-Si-Fe高温合金作为实验组2，改变步骤S4中的时效时间为384小时制得的Ni-Si-Fe高温合金作为实验组3。按上述制备方法省去步骤S4制得的Ni-Si-Fe高温合金作为对照组1。
上述对照组和各实验组的透射电镜暗场像如图1～图7所示，图8所示为测得的各实验组和对照组的维氏硬度图。
由图1可以看出，省去步骤S4所制得的Ni-Si-Fe高温合金的微观结构为传统γ/γ`共格结构。而由图8可以看出，本发明制得的三组Ni-Si-Fe高温合金的维氏硬度分别为365、350、325，对照组的维氏硬度为248，远低于具有分层微观结构的同成分高温合金。
由图2～图7可以看出，由本发明的制备方法制得的Ni-Si-Fe高温合金在γ`沉淀相中析出了γ颗粒，获得了分层微观结构。在长时间时效的过程中，主要发生的是γ颗粒的粗化，而γ`沉淀相的尺寸无明显变化，由于γ颗粒为圆形，其多向粗化对γ`沉淀相的稳定性影响较小。
因此，本发明的Ni-Si-Fe高温合金不仅硬度较高，且长期高温使用时γ`沉淀相不会发生明显变化，力学性能稳定。
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 (5)
1.一种Ni-Si-Fe高温合金，其特征在于：按照原子百分比，组成成分如下：
Ni 82％～85％、Si 12％～14％、Fe 2％～4％；
Ni-Si-Fe高温合金的微观结构由γ基体、γ基体中析出的γ`沉淀相和γ`沉淀相中析出的γ颗粒组成，γ颗粒的形态为圆形。
2.一种权利要求1所述的Ni-Si-Fe高温合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1，将各合金成分按照原子百分比通过单晶铸造法得到单晶高温合金；
S2，对单晶高温合金进行均匀化退火处理；
S3，对单晶高温合金进行预时效处理；
S4，对单晶高温合金进行时效处理。
3.按照权利要求1所述的一种Ni-Si-Fe高温合金的制备方法，其特征在于：步骤S2中，退火温度为1000～1100℃，时效时间9～11小时，热处理后进行水冷，均匀化退火在氩气的保护下进行。
4.按照权利要求1所述的一种Ni-Si-Fe高温合金的制备方法，其特征在于：步骤S3中，时效温度为800～900℃，时效时间2～4小时，热处理后进行水冷，预时效在氩气的保护下进行。
5.按照权利要求1所述的一种Ni-Si-Fe高温合金的制备方法，其特征在于：步骤S4中，时效温度为500～700℃，时效时间20～400小时，热处理后进行水冷，时效在氩气的保护下进行。
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| E.ZAISER,ET AL.: "Hierarchical phase separation behavior in a Ni-Si-Fe alloy" * |
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