CN115233038A - 一种高铝含量镍基高温合金及其制备方法 - Google Patents

一种高铝含量镍基高温合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高铝含量镍基高温合金及其制备方法，按照质量百分数，由以下原料制备而成：Ni：40.0～60.0%、Cr：13.0～18.0%、W：5.0～8.0%、Mo：2.0～4.0%、Ti：1.5～2.5%、Al：1.3～2.0%、Fe：2.5～4.0%、Nb：0.5～1.5%、Ce：0.3～0.8%、C：0.05～0.2%、Zr：0.02～0.08%、B：0.01～0.05%、O≤0.02%、P≤0.02%、S≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。本发明提供的一种高铝含量镍基高温合金及其制备方法，通过采用连续热轧和热处理，可进一步增加该合金的韧性，增加了整个合金的使用强度，确保成型后高温合金的品质和质量。本发明及其方法所生产的高铝含量镍基高温合金金，具有强度、韧性、耐磨性的合理匹配度。

Description

一种高铝含量镍基高温合金及其制备方法
技术领域
本发明属于合金材料技术领域，具体是一种高铝含量镍基高温合金及其制备方法。
背景技术
合金是指一种金属与另一种或几种金属或非金属经过混合熔化，冷却凝固后得到的具有金属性质的固体产物。
镍基高温合金是合金的一种，镍基合金是指在高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金，按照主要性能又细分为镍基耐热合金，镍基耐蚀合金，镍基耐磨合金，镍基精密合金与镍基形状记忆合金等。高温合金按照基体的不同，分为：铁基高温合金，镍基高温合金与钴基高温合金。其中镍基高温合金简称镍基合金。
专利公开号CN114318065A公开的耐磨镍基高温合金及其制备方法，其化学成分为镍：50～60％、铬：20～23％、铁：3～10％、钼：8～10％、钽：3～5％、锰：0.1～0.5％；碳：0～0.1％；硅：0.1～0.5％；磷：≤0.015％；硫：0～0.015％；硼：≤0.03；铝：0.1～0.45％；钛：0.1～0.4％；钴：0.1～1％，采用熔炼、热轧制坯和二次热轧的制备方法，得到的镍基高温合金达不到较好的性能，无法满足人们的需求。
为此，我们提出一种高铝含量镍基高温合金及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种高铝含量镍基高温合金及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种高铝含量镍基高温合金金，按照质量百分数，由以下原料制备而成：Ni：40.0～60.0%、Cr：13.0～18.0%、W：5.0～8.0%、Mo：2.0～4.0%、Ti：1.5～2.5%、Al： 1.3～2.0%、Fe：2.5～4.0%、Nb：0.5～1.5%、Ce：0.3～0.8%、C：0.05～0.2%、Zr： 0.02～0.08%、B：0.01～0.05%、O≤0.02%、P≤0.02%、S≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
进一步的，一种高铝含量镍基高温合金金，按照质量百分数，由以下原料制备而成：Ni：45.0～55.0%、Cr：14.0～18.0%、W：5.0～7.0%、Mo：2.4～4.0%、Ti：1.8～2.5%、Al：1.5～2.0%、Fe：2.8～4.0%、Nb：0.8～1.5%、Ce：0.3～0.7%、C：0.09～0.2%、Zr： 0.03～0.08%、B：0.02～0.05%、O≤0.02%、P≤0.02%、S≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
进一步的，一种高铝含量镍基高温合金金的制备方法，具体步骤如下：
（S1）、熔炼：
采用真空炉对目标成分进行熔炼，并形成液态金属；
（S2）、热加工
对熔炼之后的液态金属进行锻造，形成坯体：
（S3）、连续热轧：
对坯体进行连续加热轧制；
（S4）、热处理：
连续热轧之后的坯体进行热处理，获得合金坯件。
进一步的，所述步骤（S1）熔炼工序中，并经过抽真空处理，采用真空炉进行熔炼，温度控制为1250℃～1750℃。
进一步的，所述的抽真空处理工艺中，真空度为15～100Pa。
进一步的，所述步骤（S2）热加工工序中，将熔融后的金属液体倒入到预先制备的模具中，形成固态的坯体后，对坯体进行锻造，温度控制为1050℃～1250℃，锻造时间为2～10h。
进一步的，所述步骤（S3）连续热轧工艺中，需要进行粗轧工序和精轧工序，轧制之后进行冷却。
进一步的，所述粗轧工序中粗轧温度为1050～1100℃，采用4道次轧制，压下量率为80～85%；所述精轧工序中精轧采用5道次轧制，压下率为80～92%，精轧出口温度为830～920℃。
进一步的，所述（S4）热处理工艺中包括固溶处理、中间处理和时效处理，以获得所要求的合金坯件。
进一步的，所述的固溶处理方法为温度控制为1100～1350℃，保温时间为3～10h，空冷至室温；所述的中间处理方法为温度控制为1000～1250℃，保温时间为3～10h，空冷至室温；所述的时效处理方法为第一次时效处理和第二次时效处理，其中，所述第一次时效处理的温度控制为820℃～920℃，保温时间为20～28h，空冷至室温；所述第二次时效处理的温度控制为680℃～810℃，保温时间为10～20h，空冷至室温。
与现有技术相比，根据本发明的一种高铝含量镍基高温合金及其制备方法具有如下有益效果：
1、本发明提供的高铝含量镍基高温合金及其制造方法，通过采用连续热轧和热处理，可进一步增加该合金的韧性，增加了整个合金的使用强度，确保成型后高温合金的品质和质量。
2、本发明及其方法所生产的高铝含量镍基高温合金金，具有强度、韧性、耐磨性的合理匹配度，其中W和Mo有利于提高合金的高温性能，Ti和Nb可以提高合金的高温抗氧化性能，较高的C含量有利于增加合金的高温强度，而Ce可以显著提高合金的使用温度和寿命，适量Zr与B配合可以显著提高合金的高温持久性，并有利于提高合金的塑性。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图1，进一步说明本发明一种高铝含量镍基高温合金及其制备方法的具体实施方式。本发明一种高铝含量镍基高温合金及其制备方法不限于以下实施例的描述。
实施例1：
一种高铝含量镍基高温合金金，按照质量百分数，由以下原料制备而成：
Ni：50.5%、Cr：16.6%、W：6.8%、Mo：3.2%、Ti：2.5%、Al：1.7%、Fe：3.4%、Nb：1.2%、Ce：0.6%、C：0.14%、Zr： 0.06%、B：0.05%、O：0.016%、P：0.016%、S：0.016%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
一种高铝含量镍基高温合金金的制备方法，具体步骤如下：
（S1）、熔炼：
采用真空炉对目标成分进行熔炼，并形成液态金属；
熔炼工序中，并经过抽真空处理，采用真空炉进行熔炼，温度控制为1250℃～1750℃。
所述的抽真空处理工艺中，真空度为15～100Pa。
（S2）、热加工
对熔炼之后的液态金属进行锻造，形成坯体；
热加工工序中，将熔融后的金属液体倒入到预先制备的模具中，形成固态的坯体后，对坯体进行锻造，温度控制为1050℃～1250℃，锻造时间为2～10h。
（S3）、连续热轧：
对坯体进行连续加热轧制；
连续热轧工艺中，需要进行粗轧工序和精轧工序，轧制之后进行冷却。
所述粗轧工序中粗轧温度为1050～1100℃，采用4道次轧制，压下量率为80～85%；所述精轧工序中精轧采用5道次轧制，压下率为80～92%，精轧出口温度为830～920℃。
（S4）、热处理：
连续热轧之后的坯体进行热处理，获得合金坯件。
热处理工艺中包括固溶处理、中间处理和时效处理，以获得所要求的合金坯件。
所述的固溶处理方法为温度控制为1100～1350℃，保温时间为3～10h，空冷至室温；所述的中间处理方法为温度控制为1000～1250℃，保温时间为3～10h，空冷至室温；所述的时效处理方法为第一次时效处理和第二次时效处理，其中，所述第一次时效处理的温度控制为820℃～920℃，保温时间为20～28h，空冷至室温；所述第二次时效处理的温度控制为680℃～810℃，保温时间为10～20h，空冷至室温。
实施例2：
一种高铝含量镍基高温合金金，按照质量百分数，由以下原料制备而成：
Ni：48.5%、Cr：15.6%、W：5.8%、Mo：2.9%、Ti：2.1%、Al：1.6%、Fe：3.2%、Nb：1.1%、Ce：0.5%、C：0.12%、Zr： 0.05%、B：0.04%、O：0.015%、P：0.015%、S：0.015%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
一种高铝含量镍基高温合金金的制备方法，具体步骤如下：
（S1）、熔炼：
采用真空炉对目标成分进行熔炼，并形成液态金属；
熔炼工序中，并经过抽真空处理，采用真空炉进行熔炼，温度控制为1250℃～1750℃。
所述的抽真空处理工艺中，真空度为15～100Pa。
（S2）、热加工
对熔炼之后的液态金属进行锻造，形成坯体；
热加工工序中，将熔融后的金属液体倒入到预先制备的模具中，形成固态的坯体后，对坯体进行锻造，温度控制为1050℃～1250℃，锻造时间为2～10h。
（S3）、连续热轧：
对坯体进行连续加热轧制；
连续热轧工艺中，需要进行粗轧工序和精轧工序，轧制之后进行冷却。
所述粗轧工序中粗轧温度为1050～1100℃，采用4道次轧制，压下量率为80～85%；所述精轧工序中精轧采用5道次轧制，压下率为80～92%，精轧出口温度为830～920℃。
（S4）、热处理：
连续热轧之后的坯体进行热处理，获得合金坯件。
热处理工艺中包括固溶处理、中间处理和时效处理，以获得所要求的合金坯件。
所述的固溶处理方法为温度控制为1100～1350℃，保温时间为3～10h，空冷至室温；所述的中间处理方法为温度控制为1000～1250℃，保温时间为3～10h，空冷至室温；所述的时效处理方法为第一次时效处理和第二次时效处理，其中，所述第一次时效处理的温度控制为820℃～920℃，保温时间为20～28h，空冷至室温；所述第二次时效处理的温度控制为680℃～810℃，保温时间为10～20h，空冷至室温。
本发明提供的高铝含量镍基高温合金及其制造方法，通过采用连续热轧和热处理，可进一步增加该合金的韧性，增加了整个合金的使用强度，确保成型后高温合金的品质和质量。
本发明及其方法所生产的高铝含量镍基高温合金金，具有强度、韧性、耐磨性的合理匹配度，其中W和Mo有利于提高合金的高温性能，Ti和Nb可以提高合金的高温抗氧化性能，较高的C含量有利于增加合金的高温强度，而Ce可以显著提高合金的使用温度和寿命，适量Zr与B配合可以显著提高合金的高温持久性，并有利于提高合金的塑性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高铝含量镍基高温合金金，其特征在于：按照质量百分数，由以下原料制备而成：Ni：40.0～60.0%、Cr：13.0～18.0%、W：5.0～8.0%、Mo：2.0～4.0%、Ti：1.5～2.5%、Al：1.3～2.0%、Fe：2.5～4.0%、Nb：0.5～1.5%、Ce：0.3～0.8%、C：0.05～0.2%、Zr： 0.02～0.08%、B：0.01～0.05%、O≤0.02%、P≤0.02%、S≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
2.如权利要求1所述的一种高铝含量镍基高温合金金，其特征在于：按照质量百分数，由以下原料制备而成：Ni：45.0～55.0%、Cr：14.0～18.0%、W：5.0～7.0%、Mo：2.4～4.0%、Ti：1.8～2.5%、Al： 1.5～2.0%、Fe：2.8～4.0%、Nb：0.8～1.5%、Ce：0.3～0.7%、C：0.09～0.2%、Zr： 0.03～0.08%、B：0.02～0.05%、O≤0.02%、P≤0.02%、S≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
3.如权利要求2所述的一种高铝含量镍基高温合金金的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
（S1）、熔炼：
采用真空炉对目标成分进行熔炼，并形成液态金属；
（S2）、热加工
对熔炼之后的液态金属进行锻造，形成坯体：
（S3）、连续热轧：
对坯体进行连续加热轧制；
（S4）、热处理：
连续热轧之后的坯体进行热处理，获得合金坯件。
4.如权利要求3所述的一种高铝含量镍基高温合金金的制造方法，其特征在于：所述步骤（S1）熔炼工序中，并经过抽真空处理，采用真空炉进行熔炼，温度控制为1250℃～1750℃。
5.如权利要求3所述的一种高铝含量镍基高温合金金的制造方法，其特征在于：所述的抽真空处理工艺中，真空度为15～100Pa。
6.如权利要求3所述的一种高铝含量镍基高温合金金的制造方法，其特征在于：所述步骤（S2）热加工工序中，将熔融后的金属液体倒入到预先制备的模具中，形成固态的坯体后，对坯体进行锻造，温度控制为1050℃～1250℃，锻造时间为2～10h。
7.如权利要求3所述的一种高铝含量镍基高温合金金的制造方法，其特征在于：所述步骤（S3）连续热轧工艺中，需要进行粗轧工序和精轧工序，轧制之后进行冷却。
8.如权利要求7所述的一种高铝含量镍基高温合金金的制造方法，其特征在于：所述粗轧工序中粗轧温度为1050～1100℃，采用4道次轧制，压下量率为80～85%；所述精轧工序中精轧采用5道次轧制，压下率为80～92%，精轧出口温度为830～920℃。
9.如权利要求4所述的一种高铝含量镍基高温合金金的制造方法，其特征在于：所述（S4）热处理工艺中包括固溶处理、中间处理和时效处理，以获得所要求的合金坯件。
10.如权利要求9所述的一种高铝含量镍基高温合金金的制造方法，其特征在于：所述的固溶处理方法为温度控制为1100～1350℃，保温时间为3～10h，空冷至室温；所述的中间处理方法为温度控制为1000～1250℃，保温时间为3～10h，空冷至室温；所述的时效处理方法为第一次时效处理和第二次时效处理，其中，所述第一次时效处理的温度控制为820℃～920℃，保温时间为20～28h，空冷至室温；所述第二次时效处理的温度控制为680℃～810℃，保温时间为10～20h，空冷至室温。
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