CN115094288A - 通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法 - Google Patents

通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115094288A
CN115094288A CN202210441562.4A CN202210441562A CN115094288A CN 115094288 A CN115094288 A CN 115094288A CN 202210441562 A CN202210441562 A CN 202210441562A CN 115094288 A CN115094288 A CN 115094288A
Authority
CN
China
Prior art keywords
superalloy
modified
temperature
carbon
alloy
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
Application number
CN202210441562.4A
Other languages
English (en)
Inventor
张军
介子奇
郭敏
刘淼楠
刘鼎元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Xian Technological University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Xian Technological University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University, Xian Technological University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN202210441562.4A priority Critical patent/CN115094288A/zh
Publication of CN115094288A publication Critical patent/CN115094288A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C30/00Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/023Alloys based on nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/055Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 20% but less than 30%

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

本公开提供了一种通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法,其中,改性的高温合金包括:改性的IN939高温合金;改性的IN939高温合金中的碳含量为0.13‑0.19%。该改性的IN939高温合金的组分包括:Cr为22.24%,Co为18.73%、W为1.97%、Nb为0.89%、Ta为1.24%、Ti为3.66%、Al为1.90%、Mo为0.0063%、P为0.0015%、Mn为0.0035%、C为0.13‑0.19%、Zr为0.006%、B为0.0042%、Hf为0.019%、V为0.006%、Fe为0.030%、杂质≤0.01%、余量为Ni,其中,各组分的百分比为质量百分比。

Description

通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法
技术领域
本公开属于高温合金铸造领域,尤其涉及一种通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法。
背景技术
近年来,先进航空发动机推重比和热效率的不断提高,航空发动机中高温合金关键热端部件的结构朝着整体、薄壁空心方向发展,而且正逐步向结构承载方向发展,这些都要求构件具有更好的尺寸稳定性、更优异的疲劳性能和使用寿命。因此,这些新需求对铸件的良好成型与组织控制方面提出了更高的要求。然而,由于现有的铸件尺寸相对较大、壁厚较薄且高温合金凝固区间较宽,使得铸件通常容易形成欠铸和缩孔等铸造缺陷,成为航空工业急需解决的重要问题。
发明内容
针对上述技术问题,本公开提供了一种通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法,以期至少部分地解决上述技术问题。
为了解决上述技术问题,作为本公开的一个方面,提供了一种通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金,其中,上述改性的高温合金包括:改性的IN939高温合金;
上述改性的IN939高温合金中的碳含量为0.13-0.19%。
根据本公开的实施例,上述改性的IN939高温合金中的组分包括:Cr为22.24%,Co为18.73%、W为1.97%、Nb为0.89%、Ta为1.24%、Ti为3.66%、Al为1.90%、Mo为0.0063%、P为0.0015%、Mn为0.0035%、C为0.13-0.19%、Zr为0.006%、B为0.0042%、Hf为0.019%、V为0.006%、Fe为0.030%、杂质≤0.01%、余量为Ni,其中,各组分的百分比为质量百分比。
根据本公开的实施例,在浇注温度为1450℃和模壳温度为900℃条件下进行的流动性测试中,上述改性的IN939高温合金的流线长度包括:423mm-540mm。
根据本公开的实施例,上述改性的IN939高温合金的液相线温度大于1330℃,上述改性的IN939高温合金使用的工作温度包括0-870℃。
作为本公开的另一个方面,本公开还提供了一种通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金的方法,包括:
将碳粉末和未改性的高温合金放入至真空感应熔炼炉中进行熔炼,得到改性的高温合金;
其中,未改性的高温合金包括:未改性的IN939高温合金。
根据本公开的实施例,上述未改性的IN939高温合金与上述碳粉末的质量比包括:200:3-17。
根据本公开的实施例,上述未改性的IN939高温合金中的组分包括:
Cr为22.24%,Co为18.73%、W为1.97%、Nb为0.89%、Ta为1.24%、Ti为3.66%、Al为1.90%、Mo为0.0063%、P为0.0015%、Mn为0.0035%、C为0.11%、Zr为0.006%、B为0.0042%、Hf为0.019%、V为0.006%、Fe为0.030%、杂质≤0.01%、余量为Ni,其中,各组分的百分比为质量百分比。
根据本公开的实施例,上述熔炼的真空压力包括:6×10-2MPa。
根据本公开的实施例,上述熔炼的温度包括:1550-1600℃。
根据本公开的实施例,上述熔炼的时间包括:10~30min。
基于上述技术方案,本公开提供的一种通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法,至少包括以下之一的有益效果:
(1)在本公开的实施例中,通过调控镍基铸造的IN939高温合金中碳组分含量来制备改性的IN939高温合金,利用碳元素可以改变高温合金熔体的结构,使得高温合金过冷度发生变化,进而影响γ枝晶的生长速率,使得γ枝晶搭接现象较晚出现,从而提高了改性的IN939高温合金的流动性。此外,减少氧化物夹渣和提高合金的纯净度,也有利于提高合金的流动性。在镍基铸造高温合金(未改性的IN939高温合金)中添加碳元素,可以借助碳沸腾处理使其在高温合金熔体中发生碳氧化反应,形成气态的CO进而去除氧,降低熔炼过程中氧化夹杂物的形成倾向,保证镍基铸造高温合金的纯洁度,提高合金的流动性。
(2)在本公开的实施例中,在凝固过程中碳元素会偏聚到晶界,提高晶界的结合力。碳元素可以使碳化物的含量增加且呈小块状或颗粒状在晶界和晶界内沿晶界分布,可以钉扎晶界有效阻碍晶界的滑移变形,在塑性变形过程中可强化晶界、改善高温合金的持久寿命和拉伸性能。同时,在镍基铸造高温合金(未改性的IN939高温合金)中添加碳元素,还可以降低熔炼过程中氧化夹杂物的形成倾向,保证镍基铸造高温合金的纯洁度,减少高温合金在拉伸和持久变形中的裂纹源的产生,进而可以改善IN939高温合金的力学性能。
(3)本公开提供了一种较为简单的方法来制备改性的镍基铸造的IN939高温合金,通过调控未改性的IN939高温合金中碳组分含量,可以实现在不降低合金力学性能的前提下,提高改性的IN939高温合金的流动性能。
附图说明
图1A是本公开对比例中未改性的IN939高温合金的实物图;
图1B-E是本公开实施例中通过调控碳组分含量制备改性的IN939高温合金的实物图;
图2是本公开实施例1-4中通过调控碳组分含量对制备改性的IN939高温合金粘度影响的效果图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,对本公开作进一步的详细说明。
基于现有的铸件的尺寸相对较大、壁厚较薄且高温合金的凝固区间较宽,容易导致铸件存在欠铸和缩孔等铸造缺陷。通过对合金的流动性进行改进,可以保证在较低的铸造温度下实现合金良好的充型,有利于整个铸件的晶粒细化和服役性能的提高。
而合金的流动性主要受合金凝固的特征温度、物理性能和凝固方式的影响,通过调整合金中组分的含量可以改变其凝固的特征温度、物理性能和凝固方式,从而调节合金的流动性。对于具有宽结晶温度区间的高温合金,如果在保证合金力学性能不降低的前提下,通过改变合金成分来提高其流动性,使铸件在凝固时产生的缩松和热裂得到合金液的补缩而弥合,对于较大型、复杂、薄壁铸件的成形质量和组织控制具有重要的意义。
碳元素作为一种晶界强化元素,适量的碳元素对高温合金的力学性能是有益的。如果能通过调控高温合金中碳元素的含量,在不影响高温合金的力学性能的前提下,提高合高温合金的流动性能,对于制造和使用大型、复杂、薄壁铸件的高温合金是十分重要的。虽然有研究表明适量的碳元素对铸铁和钢等材料的流动性是有益的,但是对于是否能用碳元素来改善高温合金的流动性是未知的。同时,现有的等轴晶铸造高温合金中都含有微量的碳,但不清楚碳元素在提高高温合金流动性能的具体含量和机理。另外,对于不同的高温合金体系中碳元素的用量范围和作用机制都存在不同,对具体的高温合金体系进行探索和明确碳元素的用量范围和机制,以改善合金的组织和性能对高温合金的铸造和使用是尤为重要的。因此,本公开针对镍基铸造的IN939高温合金进行了探究,以期通过调整合金中碳组分含量,实现在不降低改性的IN939高温合金力学性能的前提下,提高改性的IN939高温合金的流动性能。
本公开提供了一种通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金,其中,改性的高温合金包括:改性的IN939高温合金;改性的IN939高温合金中的碳含量为0.13-0.19%。
根据本公开的实施例,改性的IN939高温合金的组分包括:Cr为22.24%,Co为18.73%、W为1.97%、Nb为0.89%、Ta为1.24%、Ti为3.66%、Al为1.90%、Mo为0.0063%、P为0.0015%、Mn为0.0035%、C为0.13-0.19%、Zr为0.006%、B为0.0042%、Hf为0.019%、V为0.006%、Fe为0.030%、杂质≤0.01%、余量为Ni,其中,各组分的百分比为质量百分比。
根据本公开的实施例,其中,C组分含量可选为0.13%、0.15%、0.17%、0.19%等。
根据本公开的实施例,其中,在浇注温度为1450℃和模壳温度为900℃条件下进行的流动性测试中,改性的IN939高温合金的流线长度包括:423mm-540mm。
根据本公开的实施例,改性的IN939高温合金的液相线温度大于1330℃,其中,液相线温度范围包括1330-1341℃,更优选为1338-1341℃;改性的IN939高温合金使用的工作温度包括0-870℃。
通过本公开的实施例,利用碳元素可以降低合金熔体中原子结合能扩散势垒,使得熔体凝固时松散,以及碳原子在振动频率、原子质量、原子半径差等物理结构上与基体性质的差异等因素,降低了高温合金熔体的粘度,从而实现通过调控高温合金中碳组分含量来提高改性的IN939高温合金的流动性能。以及所利用的碳组分在高温合金熔体中发生的碳氧化反应,形成气态的CO去除熔体中氧气,减少了熔炼过程中氧化夹杂物的形成,保证镍基铸造高温合金的纯洁度,提高合金的流动性和减少高温合金拉伸和持久变形中的裂纹源的产生,进而可以改善IN939高温合金的力学性能。
本公开还提供了一种通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金的方法,包括:将碳粉末和未改性的高温合金放入至真空感应熔炼炉中进行熔炼,得到改性的高温合金,其中,未改性的高温合金包括:未改性的IN939高温合金。
根据本公开的实施例,未改性的IN939高温合金与碳粉末的质量比包括:200:3-17,其中,可选为200:3、200:5、200:7、200:9、200:11、200:13、200:15、200:17等。
根据本公开的实施例,未改性的IN939高温合金中的组分包括:
Cr为22.24%,Co为18.73%、W为1.97%、Nb为0.89%、Ta为1.24%、Ti为3.66%、Al为1.90%、Mo为0.0063%、P为0.0015%、Mn为0.0035%、C为0.11%、Zr为0.006%、B为0.0042%、Hf为0.019%、V为0.006%、Fe为0.030%、杂质≤0.01%、余量为Ni,其中,各组分的百分比为质量百分比。
根据本公开的实施例,熔炼的真空压力包括:6×10-2MPa。
根据本公开的实施例,熔炼的温度包括:1550-1600℃,其中,可选为1550、1575、1600℃等。
根据本公开的实施例,熔炼的时间包括:10~30min,其中,可选为10、15、30min。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加的清晰明确,以下通过具体实施例并结合附图对本公开的技术方案和原理做进一步的解释说明。需要说明的是,下述具体的实施例仅是作为举例说明,本公开的保护范围不局限于此。
本公开选用了一种未改性的镍基铸造的IN939高温合金,通过调控碳组分含量,探究其在不影响IN939高温合金力学性能的前提下,如何能够提高IN939高温合金的流动性能,以期满足航空铸件的实际需求。需要说明的是,本公开所选用的未改性的IN939高温合金,只是为了举例说明本公开的方法可以通过调控未改性IN939高温合金中碳组分含量,实现IN939高温合金流动性能的提升,对于其它组分含量组成的镍基铸造的未改性IN939高温合金,也可以通过改变碳组分含量的方法来提升合金的流动性能,但是需要说明的是本公开请求保护的范围并不局限于此。
本公开实施例中所涉及的IN939高温合金的性能测试方法如下:
流动性能测试:
将螺旋段厚度为3mm,高度为10mm的螺旋型流动性模壳加热到900℃并保温4小时后。将获得不同碳组分含量的IN939高温合金置于真空感应熔炼炉中进行熔炼,待IN939高温合金完全熔化后,在1550℃保温2min,待得到IN939高温合金液降温至1450℃时,以0.5kg/s的浇注速度将所述的IN939高温合金液浇铸至预热后的螺旋型流动性模壳中。待高温合金液浇注后的模壳自然冷却至室温,敲开螺旋型流动性模型,取出冷却后的螺旋状IN939高温合金试样,测量其流线长度,从而确定高温合金的流动性,其中,所述的IN939高温合金包括:改性的IN939高温合金和未改性的IN939高温合金。
IN939高温合金试样测试的热处理过程,如下:
将所获得的IN939高温合金试样置于热处理炉中进行固溶和时效等4步热处理,其中,所涉及的热处理过程中的具体工艺及参数包括:
a.固溶热处理:在1160℃保温4h,随后快速用空气冷却至室温;
b.时效热处理:先1000℃保温6h,随后快速用空气冷却至室温;在900℃保温24h后用空气冷却;最后在700℃保温16h,随后快速用空气冷却至室温。
最后,将上述热处理后的IN939高温合金试样在应变速率为2×10-3/s条件下,采用万能拉伸试验机进行室温拉伸实验,测得IN939高温合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率。
实施例
在本公开的实施例中,一种通过调控碳组分含量制备改性的IN939高温合金的方法,所涉及的具体步骤如下:
S1、配料:取碳粉末和未改性的IN939高温合金,根据设计的碳组分在改性的IN939高温合金中的含量进行配料秤重;
S2、真空熔炼:将未改性的IN939高温合金放入到真空感应熔炼炉中进行熔炼,当未改性的IN939高温合金完全熔化后,按照未改性的IN939高温合金与碳粉末的质量比为200:3-17的比例称取配料,然后将配料通过真空感应熔炼炉的加料仓加入到坩埚中,并反复熔炼5次,减少宏观偏析并使碳元素均匀分布在改性的IN939高温合金中,从而获得不同的碳组分含量改性的IN939高温合金试样。
本公开所涉及的熔炼条件包括:a.6×10-2MPa的真空状态;b.熔炼温度为1550℃~1600℃;c.熔炼过程采用电磁搅拌;d.熔炼时间为15min。
实施例1
实施例1是由C含量为0.13%及其他含量的组分组成改性的IN939高温合金,其中,所述改性的IN939高温合金的配方如表1所示,附图中的标号为1。
表1
Cr(%) Co(%) W(%) Nb(%) Ta(%) Ti(%) Al(%)
22.24 18.73 1.97 0.89 1.24 3.66 1.90
Mo(%) P(%) Mn(%) C(%) Zr(%) B(%) Ni(%)
0.0063 0.0015 0.0035 0.13 0.006 0.0042 余量
Hf(%) V(%) Fe(%) 杂质(%)
0.019 0.006 0.030 ≤0.01
实施例2
实施例2是由C含量为0.15%及其他含量的组分组成改性的IN939高温合金,其中,所述改性的IN939高温合金的配方如表2所示,附图中的标号为2。
表2
Cr(%) Co(%) W(%) Nb(%) Ta(%) Ti(%) Al(%)
22.24 18.73 1.97 0.89 1.24 3.66 1.90
Mo(%) P(%) Mn(%) C(%) Zr(%) B(%) Ni(%)
0.0063 0.0015 0.0035 0.15 0.006 0.0042 余量
Hf(%) V(%) Fe(%) 杂质(%)
0.019 0.006 0.030 ≤0.01
实施例3
实施例3是由C含量为0.17%及其他含量的组分组成改性的IN939高温合金,其中,所述改性的IN939高温合金的配方如表3所示,附图中的标号为3。
表3
Cr(%) Co(%) W(%) Nb(%) Ta(%) Ti(%) Al(%)
22.24 18.73 1.97 0.89 1.24 3.66 1.90
Mo(%) P(%) Mn(%) C(%) Zr(%) B(%) Ni(%)
0.0063 0.0015 0.0035 0.17 0.006 0.0042 余量
Hf(%) V(%) Fe(%) 杂质(%)
0.019 0.006 0.030 ≤0.01
实施例4
实施例4是由C含量为0.19%及其他含量的组分组成改性的IN939高温合金,其中,所述改性的IN939高温合金的配方如表4所示,附图中的标号为4。
表4
Cr(%) Co(%) W(%) Nb(%) Ta(%) Ti(%) Al(%)
22.24 18.73 1.97 0.89 1.24 3.66 1.90
Mo(%) P(%) Mn(%) C(%) Zr(%) B(%) Ni(%)
0.0063 0.0015 0.0035 0.19 0.006 0.0042 余量
Hf(%) V(%) Fe(%) 杂质(%)
0.019 0.006 0.030 ≤0.01
对比例
对比例中未改性的IN939高温合金的制备方法与实施例中的制备方法相同,唯一不同的是未添加碳粉末。
对比例中未改性的IN939高温合金中的C含量为0.11%,未改性IN939高温合金中其他含量的组分组成如表5所示,其中,百分数为质量百分比。
表5
Cr(%) Co(%) W(%) Nb(%) Ta(%) Ti(%) Al(%)
22.24 18.73 1.97 0.89 1.24 3.66 1.90
Mo(%) P(%) Mn(%) C(%) Zr(%) B(%) Ni(%)
0.0063 0.0015 0.0035 0.11 0.006 0.0042 余量
Hf(%) V(%) Fe(%) 杂质(%)
0.019 0.006 0.030 ≤0.01
图1A是本公开对比例中未改性的IN939高温合金的实物图;图1B-E是本公开实施例中通过调控碳组分含量制备改性的IN939高温合金的实物图。
将上述实施例和对比例中的IN939高温合金在浇铸温度为1450℃和模壳温度为900℃条件下,采用螺旋型流动性测试模型对IN939高温合金的流动性和拉伸性能进行测试,以测定液态高温合金在模型中凝固时的流线长度以表征其流动性。
表6是本公开实施例与对比例中IN939高温合金的流动性能测试结果。
表6
合金种类 对比例 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
流线长度(mm) 305 540 470 458 423
由表6可知,采用本公开提供的方法,当增加的IN939高温合金中碳组分含量为0.13%-0.19%时,相较于对比例中IN939高温合金(未改性的IN939高温合金),改性的IN939高温合金的流动性能提高了38%以上,尤其是当碳组分的质量百分为0.13时,改性的IN939高温合金的流动性比未改性的IN939高温合金的流动性提高了77%。
通过改变IN939高温合金中的碳组分的含量,进而可以改变IN939高温合金的流动性主要有以下几点:
(1)IN939高温合金属于宽结晶温度范围的高温合金,其流动停止是由于IN939高温合金液在凝固过程中伴随着γ枝晶的长大,随着合金液的粘度增加和流速减慢,当IN939高温合金中γ枝晶相互搭接形成连续的网络且合金液的压力不能克服此网络的阻力时,IN939高温合金的液体停止流动。因此,γ枝晶搭接的越迟,高温合金的流动性越好,而枝晶搭接的快慢主要取决于γ枝晶的生长速率,γ枝晶生长速率越小,进而枝晶搭接的速率越慢。
根据晶体生长理论,高温合金的过冷度越小,成核和生长速率减小,进而使得γ枝晶的生长速率越小。碳元素的存在可以改变高温合金熔体的结构,使得高温合金过冷度发生变化。在本公开的实施例1-4中,随着碳含量从0.13%增加至0.19%,高温合金的过冷度从4℃增大到13℃,γ枝晶的生长速率从0.099增大到0.104,使得γ枝晶搭接现象过早出现,从而降低了改性的IN939高温合金的流动性。
(2)在镍基铸造的高温合金中(未改性的IN939高温合金)添加碳组分,即IN939高温合金中碳含量由0.11%增加至0.13%(对比例和实施例1),可以借助碳沸腾处理过程中使其在合金熔体中发生碳氧反应,形成气态的CO进而去除氧,降低合金熔炼过程中氧化夹杂物的形成倾向,保证镍基铸造合金的纯洁度,提高合金的流动性。
图2是本公开实施例1-4中通过调控碳组分含量对制备的改性IN939高温合金粘度影响的效果图。
如图2所示,采用JMatPro软件对本公开实施例1-4中不同含量的碳组分对制备的IN939高温合金的粘度影响进行探究,发现随着碳组分含量的增加,高温合金熔体的粘度在不断地增大,从而导致高温合金的流动性降低。
表7是本公开实施例中与对比例中IN939高温合金的拉伸性能测试结果。
表7
合金种类 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率(%)
对比例 810.5 653.8 3.41
实施例1 988.3 853.2 6.49
实施例4 876.5 821.7 4.26
由表6和表7可知,将IN939高温合金中碳组分含量从0.11%增加至0.13%和0.19%,在改善高温合金力学性能的同时提高了改性的IN939高温合金的流动性能。其主要原因是:在镍基铸造的高温合金中(未改性的IN939高温合金)添加碳组分,可以借助碳沸腾处理过程中使其在合金熔体中发生碳氧反应,形成气态的CO进而去除氧,降低合金熔炼过程中氧化夹杂物的形成倾向,保证镍基铸造合金的纯洁度,提高合金的流动性;同时减少高温合金拉伸和持久变形中裂纹源的产生,进而可以改善高温合金的力学性能。
此外,碳元素会增加晶界强度,且使碳化物的含量增加且呈小块状或颗粒状在晶界和晶界内沿晶界分布,可以钉扎晶界有效阻碍晶界的滑移变形,在塑性变形过程中可强化晶界、改善高温合金的持久寿命和拉伸性能。随着碳元素含量增加,当本公开实施例改性的IN939高温合金中碳化物的体积分数由0.52%增加到2.31%时,碳化物在晶界和晶体内呈小块状或颗粒状分布,从而提高了改性的IN939高温合金拉伸性能。
由于合金流动性能的提高和碳化物析出的增加,可以抵消凝固时的收缩,使缩松由0.85%减少到0.19%,有利于减少合金裂纹的萌生源,提高合金的力学性能。然而,当改性的IN939合金中碳组分含量超过本公开实施例中所提供的含量时,合金中碳化物尺寸将变大并以汉字状或棒状聚集分布于晶界处或以薄膜状覆盖晶界,在应力作用下碳化物容易破碎成为裂纹源,加速微孔形成和微裂纹沿晶界扩展,导致合金的拉伸性能和持久寿命降低。
因此,在考虑碳组分对合金综合性能的影响下,控制改性的IN939高温合金中碳组分的含量来提高合金的流动性。本公开通过增加改性的IN939高温合金中碳组分的含量,可以实现在不降低力学性能的前提下显著提高改性的IN939高温合金的流动性(表6)。
以上所述的具体实施例,对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,应理解的是,以上所述仅为本公开的具体实施例而已,并不用于限制本公开,凡在本公开的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金,其中,所述改性的高温合金包括:改性的IN939高温合金;
所述改性的IN939高温合金中的碳含量为0.13-0.19%。
2.根据权利要求1所述的高温合金,其中,所述改性的IN939高温合金的组分包括:
Cr为22.24%,Co为18.73%、W为1.97%、Nb为0.89%、Ta为1.24%、Ti为3.66%、Al为1.90%、Mo为0.0063%、P为0.0015%、Mn为0.0035%、C为0.13-0.19%、Zr为0.006%、B为0.0042%、Hf为0.019%、V为0.006%、Fe为0.030%、杂质≤0.01%、余量为Ni,其中,各组分的百分比为质量百分比。
3.根据权利要求1所述的高温合金,其中,在浇注温度为1450℃和模壳温度为900℃条件下进行的流动性测试中,所述改性的IN939高温合金的流线长度包括:423mm-540mm。
4.根据权利要求1所述的高温合金,其中,所述改性的IN939高温合金的液相线温度大于1330℃,所述改性的IN939高温合金使用的工作温度包括0-870℃。
5.一种通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金的方法,包括:
将碳粉末和未改性的高温合金放入至真空感应熔炼炉中进行熔炼,得到改性的高温合金;
其中,所述未改性的高温合金包括:未改性的IN939高温合金。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述未改性的IN939高温合金与所述碳粉末的质量比包括:200:3-17。
7.根据权利要求5所述的方法,其中,所述未改性的IN939高温合金中的组分包括:
Cr为22.24%,Co为18.73%、W为1.97%、Nb为0.89%、Ta为1.24%、Ti为3.66%、Al为1.90%、Mo为0.0063%、P为0.0015%、Mn为0.0035%、C为0.11%、Zr为0.006%、B为0.0042%、Hf为0.019%、V为0.006%、Fe为0.030%、杂质≤0.01%、余量为Ni,其中,各组分的百分比为质量百分比。
8.根据权利要求5所述的方法,其中,所述熔炼的真空压力包括:6×10-2MPa。
9.根据权利要求5所述的方法,其中,所述熔炼的温度包括:1550-1600℃。
10.根据权利要求5所述的方法,其中,所述熔炼的时间包括:10~30min。
CN202210441562.4A 2022-04-25 2022-04-25 通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法 Pending CN115094288A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210441562.4A CN115094288A (zh) 2022-04-25 2022-04-25 通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210441562.4A CN115094288A (zh) 2022-04-25 2022-04-25 通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115094288A true CN115094288A (zh) 2022-09-23

Family

ID=83287411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210441562.4A Pending CN115094288A (zh) 2022-04-25 2022-04-25 通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115094288A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0053948A1 (en) * 1980-12-10 1982-06-16 Inco Europe Limited Nickel-chromium-cobalt base alloys and castings thereof
US6120624A (en) * 1998-06-30 2000-09-19 Howmet Research Corporation Nickel base superalloy preweld heat treatment
US20030170489A1 (en) * 2002-03-06 2003-09-11 Siemens Westinghouse Power Corporation Superalloy material with improved weldability
US20140238559A1 (en) * 2013-02-22 2014-08-28 Ravishankar P. Angal Pre-weld heat treatment for a nickel based superalloy
CN110770361A (zh) * 2017-06-30 2020-02-07 日立金属株式会社 Ni基超耐热合金线材的制造方法和Ni基超耐热合金线材

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0053948A1 (en) * 1980-12-10 1982-06-16 Inco Europe Limited Nickel-chromium-cobalt base alloys and castings thereof
US6120624A (en) * 1998-06-30 2000-09-19 Howmet Research Corporation Nickel base superalloy preweld heat treatment
US20030170489A1 (en) * 2002-03-06 2003-09-11 Siemens Westinghouse Power Corporation Superalloy material with improved weldability
US20140238559A1 (en) * 2013-02-22 2014-08-28 Ravishankar P. Angal Pre-weld heat treatment for a nickel based superalloy
CN110770361A (zh) * 2017-06-30 2020-02-07 日立金属株式会社 Ni基超耐热合金线材的制造方法和Ni基超耐热合金线材

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M.R.JAHANGIRI等: "两种不同方法制备的IN939高温合金在长时间时效过程中的组织稳定性的比较", 《TRANSACTIONS OF NONFERROUS METALS SOCIETY OF CHINA》 *
W.K.肖等: "一种工业和船用燃气轮机涡轮叶片用耐蚀合金-IN-939", 《国外舰船技术(材料类)》 *
田素贵: "《合金设计及其熔炼》", 31 January 2017, 冶金工业出版社 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107747019B (zh) 一种Ni-Co-Cr-Al-W-Ta-Mo系高熵高温合金及其制备方法
CN111455220B (zh) 一种组织稳定的第三代镍基单晶高温合金及制备方法
CN111500896B (zh) 一种强化γ′相的第三代镍基单晶高温合金及制备方法
CN108441741B (zh) 一种航空航天用高强度耐腐蚀镍基高温合金及其制造方法
CN110777284B (zh) 一种高缺陷容限的单晶高温合金构件及其制备方法
CN116855779B (zh) 一种高温用镍基合金的制备方法及高温用镍基合金
CN112522564A (zh) 一种TiB2颗粒增强镍基铸造高温合金及其制备方法
CN111020290A (zh) 一种适用于650-750℃高温的铸造钛合金材料及其制备方法
CN108531773A (zh) 一种Ti3Al金属间化合物高温结构材料
CN115094288A (zh) 通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法
CN116083756A (zh) 一种抗氢脆的镍基单晶高温合金及其制备方法
CN114855050A (zh) 一种高强度轻质化难熔高熵合金及其制备方法
CN111254317B (zh) 一种镍基铸造合金及其制备方法
CN110923513B (zh) GH4720Li合金的真空感应熔炼工艺、GH4720Li合金及航空零部件
CN114921706B (zh) 改性的镍基铸造高温合金及制备方法
CN114921687B (zh) 通过调控锆和碳组分含量制备的改性的高温合金及方法
JP7187864B2 (ja) 合金の製造方法
Jie et al. Effects of grain refinement on cast structure and tensile properties of superalloy K4169 at high pouring temperature
CN116875844B (zh) 一种盘轴一体涡轮盘及其制备方法
CN114346180B (zh) 一种单晶高温合金叶片马赛克缺陷控制方法
CN115466882B (zh) 一种低偏析且减小枝晶间距的镍基高温合金制备工艺
CN115074580B (zh) Ni2Al3-TiC高温合金细化剂及制备方法和应用
CN116575004B (zh) 一种多主元合金靶材及其制备方法与应用
CN117403081A (zh) 一种均质高w镍基高温合金k465的均质化制备方法
JPH1046277A (ja) 柱状晶Ni基耐熱合金鋳物およびこの耐熱合金鋳物製タービン翼

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