CN116121600B - 高温合金、制备方法及制得的地面燃气轮机导向器铸件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温合金、制备方法及制得的地面燃气轮机导向器铸件，该高温合金包括以下化学成分：Al为5.5‑6.5%、Cr为11.0‑13.0%、Co为0‑1.0%、Nb为1.5‑2.5%、Mo为3.8‑5.2%、Ti为0.5‑0.9%、C为0.03‑0.07%、B为0.005‑0.015%、Zr为0.05‑0.15%、Si为0‑0.5%、P为0‑0.015%、S为0‑0.015%、Mn为0‑0.25%、Fe为0‑0.5%、Cu为0‑0.5%、Ta为0‑0.15%、Mg为0‑0.01%，余量为Ni。该高温合金的制备方法包括以下步骤：将Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分进行熔化和精炼；待精炼结束后断电降温使合金液结膜；添加Al、Ti和部分Mg三种化学成分进行熔化；添加B、Zr两种化学成分进行熔化；添加剩余部分的Mg进行熔化；将合金液浇注到锭模中制成高温合金母合金锭。本发明制得的高温合金具有良好的铸造性能、高温持久性能、高温长期时效组织稳定性以及冶金质量。

Description

高温合金、制备方法及制得的地面燃气轮机导向器铸件

技术领域

本发明属于高温合金及其制备技术领域，具体涉及一种高温合金、制备方法及由此制得的地面燃气轮机导向器铸件。

背景技术

随着我国天然气资源的大力开发和西气东输工程项目的开展，对于具有节能环保、体积小、效率高、污染低、功率范围广等优点的地面燃气轮机被广泛应用。导向器是地面燃气轮机上的关键热端部件，随着工程项目的开展，要求地面燃气轮机的热效率和使用寿命不断增加，这对导向器的承温能力和高温持久性能的要求也不断提高。

地面燃气轮机的导向器通常使用高温合金材料铸造而成，为了提高导向器的承温能力和高温持久性能，需要提升铸件的冶金质量，既要提升铸件的外部质量又要提升铸件的内部质量。为了提升铸件的冶金质量，需要优化高温合金的化学成分以及高温合金的制备方法，尤其是合金微量元素的控制对铸件的冶金质量和力学性能有很大影响。

申请公布号为CN107760926A的发明专利公开了一种高温合金铸件及其制备方法，该合金的化学成分的质量百分比如下：Cr为3.5-7.5％，Mo为1.0-4.0％，W为4.5-8.5％，Re为0-4.0％，Ta为4.0-8.0％，Al为4.0-7.0％，Co为6.8-9.2％，Ti为0-2.0％，C为0-0.05％，B为0-0.04％，Hf为0-0.4％，Nb为0-1.0％，Ni为余量。该技术方案通过控制Cr与Mo的质量百分比的比值，调整W元素及（B+Hf）元素的配比，以提高合金的高温持久寿命、耐高温燃气热腐蚀性能、铸造工艺性能等，但是该合金仅适用于制造燃气轮机涡轮工作叶片和导向叶片，不适用于制造地面燃气轮机导向器，因为用于制造地面燃气轮机导向器的高温合金材料需要具有良好的冶金质量。

申请公布号为CN113265564A的发明专利公开了一种长时稳定性好的高温合金及其制备方法，该高温合金包括：C为0.05-0.16％、Cr为8.0-9.5％、Co为9.0-10.5％、W为9.0-10.5％、Mo为0.2-1.0％、Ta为2.5-3.5％、Al为5.0-6.0％、Ti为0.5-1.5％、B为0.01-0.02％、Hf为1.0-2.0％、Zr为0.004-0.06％、Mg为0.001- 0.005％、Si≤0.15％、Mn≤0.05％，余量为Ni和不可避免的杂质，其中B、Mg的质量百分含量满足关系式0.032％≤B+12.6Mg≤0.068％。该制备方法包括以下步骤：根据合金设计配比，将Cr、Co、W、Mo、Ta、B、Hf、Zr、Mg、Si、Mn和部分C原料加入坩埚内，真空条件下加热坩埚，使坩埚中的原料熔化，保温；停止加热坩埚，自然冷却后向坩埚中通入氩气，将Al、Ti和剩余C原料加入坩埚中，抽真空，使坩埚中的原料熔化，浇铸，得到高温合金。该技术方案虽然能够提高高温合金的力学性能和长时稳定性，但是该高温合金材料仅适用于制造航空发动机和燃气轮机的透平叶片等热端部件，不适用于制造地面燃气轮机的导向器，因为用于制造地面燃气轮机导向器的高温合金材料需要具有良好的冶金质量。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种高温合金，所述高温合金按照质量百分比包括以下成分，Al为5.5-6.5Wt%、Cr为11.0-13.0Wt%、Co为0-1.0Wt%、Nb为1.5-2.5Wt%、Mo为3.8-5.2Wt%、Ti为0.5-0.9Wt%、C为0.03-0.07Wt%、B为0.005-0.015Wt%、Zr为0.05-0.15Wt%、Si为0-0.5Wt%、P为0-0.015Wt%、S为0-0.015Wt%、Mn为0-0.25Wt%、Fe为0-0.5Wt%、Cu为0-0.5Wt%、Ta为0-0.15Wt%、Mg为0-0.01Wt%，余量为Ni；其中，Nb和Ti的质量之和与Al的质量的配比为1:2-2.5。本发明在镍基高温合金K418B的基础上添加了Mg元素，以提升地面燃气轮机导向器铸件的冶金质量，既能提升铸件的外部质量又能提升铸件的内部质量。采用本发明的高温合金制备的导向器铸件，其外部光滑、整洁、无缺陷，铸件的合格率较高，其内部组织致密、无夹杂、无孔洞。

优选的是，所述高温合金中Mg的质量百分比为0.003-0.008Wt%。本发明中，若镍基高温合金中不添加Mg元素，则铸件的合格率较低、高温持久性能较低、不具有良好的组织稳定性；若镍基高温合金中添加Mg元素，且添加的Mg元素的质量百分比不超过0.01%时，则铸件的合格率和高温持久性能都得到大幅度提升，同时具有良好的组织稳定性。本发明将Mg元素的添加量分为三个等级，最佳等级为0.003Wt%≤Mg≤0.008Wt%，其次为0.008Wt%＜Mg≤0.01Wt%，最后为0Wt%＜Mg＜0.003Wt%。

本发明还提供一种高温合金的制备方法，该高温合金为上述任一种高温合金，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：按照高温合金的设计成分，分别称取各原料备用；

步骤二：将Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分放入真空感应熔炼炉内的坩埚中，进行熔化处理，成为合金液；待熔化处理结束后，搅拌合金液，使合金液混合均匀；

步骤三：待合金液化清后，进行精炼处理；待精炼处理结束后，搅拌合金液，然后断电使温度下降，合金液结膜；

步骤四：通电使温度上升，将Al、Ti和部分Mg三种化学成分加入真空感应熔炼炉内的坩埚中，进行熔化处理，成为合金液；待熔化处理结束后，搅拌合金液，使合金液混合均匀；

步骤五：将B、Zr两种化学成分加入真空感应熔炼炉内的坩埚中，进行熔化处理，成为合金液；待熔化处理结束后，搅拌合金液，使合金液混合均匀；

步骤六：断电使温度下降，将剩余部分的Mg加入真空感应熔炼炉内的坩埚中，进行熔化处理，成为合金液，然后搅拌合金液使其混合均匀；

步骤七：使用过滤器将合金液进行过滤，并将过滤后的合金液浇注到锭模中，制成高温合金母合金锭。

优选的是，步骤二中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的熔化处理温度为1550-1600℃、熔化处理时间为30-60min。

在上述任一方案中优选的是，步骤三中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的精炼处理温度为1600-1650℃、精炼处理时间为30-60min；断电使温度下降至1340-1390℃，保温时间不大于5s，合金液结膜。

在上述任一方案中优选的是，步骤四中，Al、Ti和部分Mg三种化学成分的熔化处理温度为1500-1550℃、熔化处理时间为5-15min。步骤四中添加Mg的质量占合金中Mg的总质量的10-20%，剩余的Mg在步骤六中添加。

在上述任一方案中优选的是，步骤五中，B、Zr两种化学成分的熔化处理温度为1500-1550℃、熔化处理时间为5-15min。

在上述任一方案中优选的是，步骤六中，剩余部分Mg的熔化处理温度为1480-1500℃、熔化处理时间为5-8min。

在上述任一方案中优选的是，步骤七中，合金液的浇注温度为1450-1480℃、浇注时间不大于8s。

本发明的高温合金中Nb、Ti、Al的质量配比关系，Mg的添加量，以及高温合金制备方法中各步骤的顺序是本发明的关键技术因素，只有严格按照本发明的技术方案制备的高温合金才能够达到本发明预期的效果，才能使制得的高温合金具有高温长期时效组织稳定性、高温持久性能、优异的铸造性能以及良好的冶金质量，更加适用于制造综合性能优异的地面燃气轮机导向器铸件。

本发明还提供一种地面燃气轮机导向器铸件，该导向器铸件由上述任一种高温合金制备而成，所述地面燃气轮机导向器铸件的制备方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤（一）：使用导向器铸件的蜡模模具压制出导向器蜡模，将浇注系统和导向器蜡模组焊到一起，形成一个整体；

步骤（二）：在组焊后的浇注系统和导向器蜡模的整体表面涂挂陶瓷浆料；

步骤（三）：在脱蜡釜中对涂挂了陶瓷浆料的浇注系统和导向器蜡模的整体进行脱蜡处理；

步骤（四）：将脱蜡处理后的浇注系统和导向器蜡模的整体进行焙烧处理，制得陶瓷型壳；然后使用清水对陶瓷型壳进行洗壳，洗壳后进行烘干处理；

步骤（五）：陶瓷型壳经过烘干处理后，在陶瓷型壳上的浇注系统位置包覆一层陶瓷棉，然后将陶瓷型壳放入真空感应熔炼炉内，进行预热处理；

步骤（六）：根据浇注导向器铸件所需要的重量切取高温合金母合金锭，并将其放入真空感应熔炼炉内的坩埚中，进行熔化处理；

步骤（七）：将熔化后的合金液浇注到陶瓷型壳内；待浇注结束后，破除真空出炉，对铸件进行切割、清壳、吹砂处理，即可制得地面燃气轮机导向器铸件。

优选的是，步骤（二）中，浇注系统和导向器蜡模的整体表面涂挂陶瓷浆料的厚度为5-10mm。

在上述任一方案中优选的是，步骤（三）中，脱蜡处理的温度为150-200℃、压力为5-10MPa。

在上述任一方案中优选的是，步骤（四）中，焙烧处理的温度为900-1100℃、时间为2-5h；烘干处理的温度为500-800℃、时间为10-20min。

在上述任一方案中优选的是，步骤（五）中，预热处理的温度为900-1200℃、时间为2-6h。

在上述任一方案中优选的是，步骤（六）中，熔化处理的温度为1550-1600℃、时间为20-30min。

在上述任一方案中优选的是，步骤（七）中，浇注温度为1550-1600℃、浇注速度为10-14kg/s、保温时间为5-15min。

本发明的地面燃气轮机导向器铸件的制备方法中，各步骤中的工艺参数以及各参数之间的协同作用是关键技术因素；蜡模的制作流程，型壳的制作流程，以及制作过程中所使用的设备和仪器，采用传统技术即可，不做特殊要求。本发明对清壳、切割后的铸件进行荧光检测和射线检测，荧光检测用于检测铸件的外部质量，射线检测用于检测铸件的内部质量。

本发明的高温合金、制备方法及制得的地面燃气轮机导向器铸件，具有如下有益效果：

（1）通过控制Mg元素的质量百分比和Nb、Ti、Al的质量配比关系，使高温合金具有良好的铸造性能、高温持久性能、高温长期时效组织稳定性以及冶金质量，同时提高了铸件的荧光合格率。

（2） 在温度为982℃、载荷为152MPa条件下测试高温合金的持久寿命，其持久寿命不低于45h，远远高于相同测试条件下不添加Mg元素的高温合金的持久寿命。

（3） 在温度为900℃、时间为5000h的高温长期时效后，高温合金中没有析出TCP相，具有良好的组织稳定性。

附图说明

图1为按照本发明的高温合金、制备方法及制得的地面燃气轮机导向器铸件的一优选实施例的浇注系统与导向器蜡模组焊后的整体结构示意图；

图2为图1所示实施例中高温合金经过900℃、5000h高温长期时效后的内部组织扫描电镜照片，高温合金中Mg的质量百分比为0.005%；

图3为按照本发明的高温合金、制备方法及制得的地面燃气轮机导向器铸件的另一优选实施例中高温合金经过900℃、5000h高温长期时效后的内部组织扫描电镜照片，高温合金中Mg的质量百分比为0.009%；

图4为按照本发明的高温合金、制备方法及制得的地面燃气轮机导向器铸件的另一优选实施例中高温合金经过900℃、5000h高温长期时效后的内部组织扫描电镜照片，高温合金中Mg的质量百分比为0.002%；

图5为未添加Mg元素的高温合金经过900℃、5000h高温长期时效后的内部组织扫描电镜照片。

图中标注说明：1-浇注系统，2-导向器蜡模。

具体实施方式

为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。

实施例一：

按照本发明的高温合金的一优选实施例，所述高温合金按照质量百分比包括以下成分：Al为6.0Wt%、Cr为12.0Wt%、Co为0.5Wt%、Nb为2.0Wt%、Mo为4.5Wt%、Ti为0.7Wt%、C为0.05Wt%、B为0.01Wt%、Zr为0.1Wt%、Si为0.3Wt%、P为0.0075Wt%、S为0.0075Wt%、Mn为0.125Wt%、Fe为0.25Wt%、Cu为0.25Wt%、Ta为0.075Wt%、Mg为0.005Wt%，余量为Ni和不可避免的杂质；其中，Nb和Ti的质量之和与Al的质量的配比为1:2.2。本实施例在镍基高温合金K418B的基础上添加了Mg元素，以提升地面燃气轮机导向器铸件的冶金质量，既能提升铸件的外部质量又能提升铸件的内部质量。采用本实施例的高温合金制备的导向器铸件，其外部光滑、整洁、无缺陷，铸件的合格率较高，其内部组织致密、无夹杂、无孔洞。

本实施例还提供一种高温合金的制备方法，该高温合金为上述高温合金，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：按照高温合金的设计成分，分别称取各原料备用；

步骤二：将Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分放入真空感应熔炼炉内的坩埚中，进行熔化处理，成为合金液；待熔化处理结束后，搅拌合金液，使合金液混合均匀；

步骤三：待合金液化清后，进行精炼处理；待精炼处理结束后，搅拌合金液，然后断电使温度下降，合金液结膜；

步骤四：通电使温度上升，将Al、Ti和部分Mg三种化学成分加入真空感应熔炼炉内的坩埚中，进行熔化处理，成为合金液；待熔化处理结束后，搅拌合金液，使合金液混合均匀；

步骤五：将B、Zr两种化学成分加入真空感应熔炼炉内的坩埚中，进行熔化处理，成为合金液；待熔化处理结束后，搅拌合金液，使合金液混合均匀；

步骤六：断电使温度下降，将剩余部分的Mg加入真空感应熔炼炉内的坩埚中，进行熔化处理，成为合金液，然后搅拌合金液使其混合均匀；

步骤七：使用过滤器将合金液进行过滤，并将过滤后的合金液浇注到锭模中，制成高温合金母合金锭。

步骤二中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的熔化处理温度为1570℃、熔化处理时间为45min。步骤三中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的精炼处理温度为1620℃、精炼处理时间为45min；断电使温度下降至1360℃，保温时间为5s，合金液结膜。步骤四中，Al、Ti和部分Mg三种化学成分的熔化处理温度为1520℃、熔化处理时间为10min；步骤四中添加Mg的质量占合金中Mg的总质量的15%，剩余的Mg在步骤六中添加。步骤五中，B、Zr两种化学成分的熔化处理温度为1520℃、熔化处理时间为10min。步骤六中，剩余部分Mg的熔化处理温度为1490℃、熔化处理时间为6min。步骤七中，合金液的浇注温度为1460℃、浇注时间为8s。

本实施例的高温合金中Nb、Ti、Al的质量配比关系，Mg的添加量，以及高温合金制备方法中各步骤的顺序是关键技术因素，只有严格按照本实施例的技术方案制备的高温合金才能够达到预期效果，才能使制得的高温合金具有高温长期时效组织稳定性、高温持久性能、优异的铸造性能以及良好的冶金质量，更加适用于制造综合性能优异的地面燃气轮机导向器铸件。

如图1所示，本实施例还提供一种地面燃气轮机导向器铸件，该导向器铸件由上述高温合金制备而成，所述地面燃气轮机导向器铸件的制备方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤（一）：使用导向器铸件的蜡模模具压制出导向器蜡模，将浇注系统1和导向器蜡模2组焊到一起，形成一个整体；

步骤（二）：在组焊后的浇注系统1和导向器蜡模2的整体表面涂挂陶瓷浆料；

步骤（三）：在脱蜡釜中对涂挂了陶瓷浆料的浇注系统1和导向器蜡模2的整体进行脱蜡处理；

步骤（四）：将脱蜡处理后的浇注系统1和导向器蜡模2的整体进行焙烧处理，制得陶瓷型壳；然后使用清水对陶瓷型壳进行洗壳，洗壳后进行烘干处理；

步骤（五）：陶瓷型壳经过烘干处理后，在陶瓷型壳上的浇注系统位置包覆一层陶瓷棉，然后将陶瓷型壳放入真空感应熔炼炉内，进行预热处理；

步骤（六）：根据浇注导向器铸件所需要的重量切取高温合金母合金锭，并将其放入真空感应熔炼炉内的坩埚中，进行熔化处理；

步骤（七）：将熔化后的合金液浇注到陶瓷型壳内；待浇注结束后，破除真空出炉，对铸件进行切割、清壳、吹砂处理，即可制得地面燃气轮机导向器铸件。

步骤（二）中，浇注系统和导向器蜡模的整体表面涂挂陶瓷浆料的厚度为8mm。步骤（三）中，脱蜡处理的温度为170℃、压力为8MPa。步骤（四）中，焙烧处理的温度为1000℃、时间为4h；烘干处理的温度为650℃、时间为15min。步骤（五）中，预热处理的温度为1100℃、时间为4h。步骤（六）中，熔化处理的温度为1570℃、时间为25min。步骤（七）中，浇注温度为1570℃、浇注速度为12kg/s、保温时间为10min。

本实施例的地面燃气轮机导向器铸件的制备方法中，各步骤中的工艺参数以及各参数之间的协同作用是关键技术因素；蜡模的制作流程，型壳的制作流程，以及制作过程中所使用的设备和仪器，采用传统技术即可，不做特殊要求。本发明对清壳、切割后的铸件进行荧光检测和射线检测，荧光检测用于检测铸件的外部质量，射线检测用于检测铸件的内部质量。

本实施例的高温合金、制备方法及制得的地面燃气轮机导向器铸件，具有如下有益效果：通过控制Mg元素的质量百分比和Nb、Ti、Al的质量配比关系，使高温合金具有良好的铸造性能、高温持久性能、高温长期时效组织稳定性以及冶金质量，同时提高了铸件的荧光合格率。如图2所示，高温合金经过900℃、5000h高温长期时效后，未析出TCP相，具有良好的组织稳定性。

实施例二：

按照本发明的高温合金、制备方法及制得的地面燃气轮机导向器铸件的另一优选实施例，其化学组成、制备方法、原理、有益效果等与实施例一基本相同，不同的是：

对于高温合金：所述高温合金按照质量百分比包括以下成分：Al为5.5Wt%、Cr为11.0Wt%、Co为0.1Wt%、Nb为1.7Wt%、Mo为3.8Wt%、Ti为0.5Wt%、C为0.03Wt%、B为0.005Wt%、Zr为0.05Wt%、Si为0.1Wt%、P为0.0005Wt%、S为0.0005Wt%、Mn为0.05Wt%、Fe为0.1Wt%、Cu为0.1Wt%、Ta为0.005Wt%、Mg为0.003Wt%，余量为Ni和不可避免的杂质；其中，Nb和Ti的质量之和与Al的质量的配比为1:2.5。

对于高温合金的制备方法：步骤二中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的熔化处理温度为1550℃、熔化处理时间为60min。步骤三中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的精炼处理温度为1600℃、精炼处理时间为60min；断电使温度下降至1340℃，保温时间为5s，合金液结膜。步骤四中，Al、Ti和部分Mg三种化学成分的熔化处理温度为1500℃、熔化处理时间为15min；步骤四中添加Mg的质量占合金中Mg的总质量的10%，剩余的Mg在步骤六中添加。步骤五中，B、Zr两种化学成分的熔化处理温度为1500℃、熔化处理时间为15min。步骤六中，剩余部分Mg的熔化处理温度为1480℃、熔化处理时间为8min。步骤七中，合金液的浇注温度为1450℃、浇注时间为8s。

对于地面燃气轮机导向器铸件的制备方法：步骤（二）中，浇注系统和导向器蜡模的整体表面涂挂陶瓷浆料的厚度为5mm。步骤（三）中，脱蜡处理的温度为150℃、压力为10MPa。步骤（四）中，焙烧处理的温度为900℃、时间为5h；烘干处理的温度为500℃、时间为20min。步骤（五）中，预热处理的温度为900℃、时间为6h。步骤（六）中，熔化处理的温度为1550℃、时间为30min。步骤（七）中，浇注温度为1550℃、浇注速度为10kg/s、保温时间为15min。

实施例三：

按照本发明的高温合金、制备方法及制得的地面燃气轮机导向器铸件的另一优选实施例，其化学组成、制备方法、原理、有益效果等与实施例一基本相同，不同的是：

对于高温合金：所述高温合金按照质量百分比包括以下成分：Al为6.5Wt%、Cr为13.0Wt%、Co为1.0Wt%、Nb为2.4Wt%、Mo为5.2Wt%、Ti为0.8Wt%、C为0.07Wt%、B为0.015Wt%、Zr为0.15Wt%、Si为0.5Wt%、P为0.015Wt%、S为0.015Wt%、Mn为0.25Wt%、Fe为0.5Wt%、Cu为0.5Wt%、Ta为0.15Wt%、Mg为0.008Wt%，余量为Ni和不可避免的杂质；其中，Nb和Ti的质量之和与Al的质量的配比为1:2.0。

对于高温合金的制备方法：步骤二中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的熔化处理温度为1600℃、熔化处理时间为30min。步骤三中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的精炼处理温度为1650℃、精炼处理时间为30min；断电使温度下降至1390℃，保温时间为5s，合金液结膜。步骤四中，Al、Ti和部分Mg三种化学成分的熔化处理温度为1550℃、熔化处理时间为5min；步骤四中添加Mg的质量占合金中Mg的总质量的20%，剩余的Mg在步骤六中添加。步骤五中，B、Zr两种化学成分的熔化处理温度为1550℃、熔化处理时间为5min。步骤六中，剩余部分Mg的熔化处理温度为1500℃、熔化处理时间为5min。步骤七中，合金液的浇注温度为1480℃、浇注时间为8s。

对于地面燃气轮机导向器铸件的制备方法：步骤（二）中，浇注系统和导向器蜡模的整体表面涂挂陶瓷浆料的厚度为10mm。步骤（三）中，脱蜡处理的温度为200℃、压力为5MPa。步骤（四）中，焙烧处理的温度为1100℃、时间为2h；烘干处理的温度为800℃、时间为10min。步骤（五）中，预热处理的温度为1200℃、时间为2h。步骤（六）中，熔化处理的温度为1600℃、时间为20min。步骤（七）中，浇注温度为1600℃、浇注速度为14kg/s、保温时间为5min。

实施例四：

按照本发明的高温合金、制备方法及制得的地面燃气轮机导向器铸件的另一优选实施例，其化学组成、制备方法、原理、有益效果等与实施例一基本相同，不同的是：

对于高温合金：所述高温合金按照质量百分比包括以下成分：Al为5.7Wt%、Cr为11.5Wt%、Co为0.3Wt%、Nb为1.5Wt%、Mo为4.1Wt%、Ti为0.9Wt%、C为0.04Wt%、B为0.008Wt%、Zr为0.08Wt%、Si为0.2Wt%、P为0.005Wt%、S为0.005Wt%、Mn为0.1Wt%、Fe为0.2Wt%、Cu为0.2Wt%、Ta为0.05Wt%、Mg为0.009Wt%，余量为Ni和不可避免的杂质；其中，Nb和Ti的质量之和与Al的质量的配比为1:2.38。

对于高温合金的制备方法：步骤二中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的熔化处理温度为1560℃、熔化处理时间为40min。步骤三中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的精炼处理温度为1610℃、精炼处理时间为40min；断电使温度下降至1350℃，保温时间为5s，合金液结膜。步骤四中，Al、Ti和部分Mg三种化学成分的熔化处理温度为1510℃、熔化处理时间为8min；步骤四中添加Mg的质量占合金中Mg的总质量的12%，剩余的Mg在步骤六中添加。步骤五中，B、Zr两种化学成分的熔化处理温度为1510℃、熔化处理时间为8min。步骤六中，剩余部分Mg的熔化处理温度为1485℃、熔化处理时间为6min。步骤七中，合金液的浇注温度为1455℃、浇注时间为8s。如图3所示，高温合金经过900℃、5000h高温长期时效后，未析出TCP相，具有良好的组织稳定性。

对于地面燃气轮机导向器铸件的制备方法：步骤（二）中，浇注系统和导向器蜡模的整体表面涂挂陶瓷浆料的厚度为7mm。步骤（三）中，脱蜡处理的温度为160℃、压力为7MPa。步骤（四）中，焙烧处理的温度为950℃、时间为3h；烘干处理的温度为600℃、时间为12min。步骤（五）中，预热处理的温度为1000℃、时间为3h。步骤（六）中，熔化处理的温度为1560℃、时间为22min。步骤（七）中，浇注温度为1560℃、浇注速度为11kg/s、保温时间为8min。

实施例五：

按照本发明的高温合金、制备方法及制得的地面燃气轮机导向器铸件的另一优选实施例，其化学组成、制备方法、原理、有益效果等与实施例一基本相同，不同的是：

对于高温合金：所述高温合金按照质量百分比包括以下成分：Al为6.4Wt%、Cr为12.5Wt%、Co为0.8Wt%、Nb为2.5Wt%、Mo为4.9Wt%、Ti为0.6Wt%、C为0.06Wt%、B为0.012Wt%、Zr为0.12Wt%、Si为0.4Wt%、P为0.01Wt%、S为0.01Wt%、Mn为0.18Wt%、Fe为0.4Wt%、Cu为0.4Wt%、Ta为0.1Wt%、Mg为0.01Wt%，余量为Ni和不可避免的杂质；其中，Nb和Ti的质量之和与Al的质量的配比为1:2.06。

对于高温合金的制备方法：步骤二中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的熔化处理温度为1590℃、熔化处理时间为50min。步骤三中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的精炼处理温度为1640℃、精炼处理时间为50min；断电使温度下降至1380℃，保温时间为5s，合金液结膜。步骤四中，Al、Ti和部分Mg三种化学成分的熔化处理温度为1540℃、熔化处理时间为13min；步骤四中添加Mg的质量占合金中Mg的总质量的17%，剩余的Mg在步骤六中添加。步骤五中，B、Zr两种化学成分的熔化处理温度为1540℃、熔化处理时间为13min。步骤六中，剩余部分Mg的熔化处理温度为1495℃、熔化处理时间为7min。步骤七中，合金液的浇注温度为1470℃、浇注时间为8s。

对于地面燃气轮机导向器铸件的制备方法：步骤（二）中，浇注系统和导向器蜡模的整体表面涂挂陶瓷浆料的厚度为9mm。步骤（三）中，脱蜡处理的温度为190℃、压力为9MPa。步骤（四）中，焙烧处理的温度为1050℃、时间为5h；烘干处理的温度为750℃、时间为18min。步骤（五）中，预热处理的温度为1150℃、时间为5h。步骤（六）中，熔化处理的温度为1580℃、时间为28min。步骤（七）中，浇注温度为1580℃、浇注速度为13kg/s、保温时间为12min。

实施例六：

按照本发明的高温合金、制备方法及制得的地面燃气轮机导向器铸件的另一优选实施例，其化学组成、制备方法、原理、有益效果等与实施例一基本相同，不同的是：

对于高温合金：所述高温合金按照质量百分比包括以下成分：Al为5.5Wt%、Cr为12.0Wt%、Co为0.7Wt%、Nb为1.7Wt%、Mo为4.4Wt%、Ti为0.5Wt%、C为0.06Wt%、B为0.01Wt%、Zr为0.07Wt%、Si为0.3Wt%、P为0.0075Wt%、S为0.0075Wt%、Mn为0.2Wt%、Fe为0.3Wt%、Cu为0.3Wt%、Ta为0.12Wt%、Mg为0.002Wt%，余量为Ni和不可避免的杂质；其中，Nb和Ti的质量之和与Al的质量的配比为1:2.5。

对于高温合金的制备方法：步骤二中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的熔化处理温度为1580℃、熔化处理时间为60min。步骤三中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的精炼处理温度为1630℃、精炼处理时间为60min；断电使温度下降至1380℃，保温时间为5s，合金液结膜。步骤四中，Al、Ti和部分Mg三种化学成分的熔化处理温度为1530℃、熔化处理时间为15min；步骤四中添加Mg的质量占合金中Mg的总质量的10%，剩余的Mg在步骤六中添加。步骤五中，B、Zr两种化学成分的熔化处理温度为1530℃、熔化处理时间为15min。步骤六中，剩余部分Mg的熔化处理温度为1490℃、熔化处理时间为8min。步骤七中，合金液的浇注温度为1460℃、浇注时间为8s。如图4所示，高温合金经过900℃、5000h高温长期时效后，未析出TCP相，具有良好的组织稳定性。

对于地面燃气轮机导向器铸件的制备方法：步骤（二）中，浇注系统和导向器蜡模的整体表面涂挂陶瓷浆料的厚度为10mm。步骤（三）中，脱蜡处理的温度为200℃、压力为10MPa。步骤（四）中，焙烧处理的温度为1000℃、时间为5h；烘干处理的温度为800℃、时间为20min。步骤（五）中，预热处理的温度为1200℃、时间为6h。步骤（六）中，熔化处理的温度为1600℃、时间为30min。步骤（七）中，浇注温度为1550℃、浇注速度为14kg/s、保温时间为15min。

实施例七：

按照本发明的高温合金、制备方法及制得的地面燃气轮机导向器铸件的另一优选实施例，其化学组成、制备方法、原理、有益效果等与实施例一基本相同，不同的是：

对于高温合金：所述高温合金按照质量百分比包括以下成分：Al为5.7Wt%、Cr为11.8Wt%、Co为0.9Wt%、Nb为1.5Wt%、Mo为5.0Wt%、Ti为0.9Wt%、C为0.07Wt%、B为0.014Wt%、Zr为0.14Wt%、Si为0.5Wt%、P为0.015Wt%、S为0.015Wt%、Mn为0.22Wt%、Fe为0.45Wt%、Cu为0.45Wt%、Ta为0.12Wt%、Mg为0.001Wt%，余量为Ni和不可避免的杂质；其中，Nb和Ti的质量之和与Al的质量的配比为1:2.38。

对于高温合金的制备方法：步骤二中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的熔化处理温度为1600℃、熔化处理时间为50min。步骤三中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的精炼处理温度为1650℃、精炼处理时间为40min；断电使温度下降至1390℃，保温时间为5s，合金液结膜。步骤四中，Al、Ti和部分Mg三种化学成分的熔化处理温度为1550℃、熔化处理时间为8min；步骤四中添加Mg的质量占合金中Mg的总质量的12%，剩余的Mg在步骤六中添加。步骤五中，B、Zr两种化学成分的熔化处理温度为1550℃、熔化处理时间为8min。步骤六中，剩余部分Mg的熔化处理温度为1500℃、熔化处理时间为6min。步骤七中，合金液的浇注温度为1480℃、浇注时间为8s。

对于地面燃气轮机导向器铸件的制备方法：步骤（二）中，浇注系统和导向器蜡模的整体表面涂挂陶瓷浆料的厚度为10mm。步骤（三）中，脱蜡处理的温度为180℃、压力为10MPa。步骤（四）中，焙烧处理的温度为1100℃、时间为3h；烘干处理的温度为600℃、时间为20min。步骤（五）中，预热处理的温度为1200℃、时间为6h。步骤（六）中，熔化处理的温度为1600℃、时间为25min。步骤（七）中，浇注温度为1560℃、浇注速度为14kg/s、保温时间为8min。

对比试验一：

以实施例一为基础，去除高温合金中的Mg元素，其他化学成分不变、制备方法和工艺参数不变、测试条件不变，最终得到的高温合金的铸造性能较差，高温持久性能较差，高温长期时效组织不稳定，铸件的合格率较低。如图5所示，高温合金经过900℃、5000h高温长期时效后，未析出TCP相，γ´相长大，组织稳定性较差。

对比试验二：

以实施例四为基础，去除高温合金中的Mg元素，其他化学成分不变、制备方法和工艺参数不变、测试条件不变，最终得到的高温合金的铸造性能较差，高温持久性能较差，高温长期时效组织不稳定，铸件的合格率较低。

对比试验三：

以实施例六为基础，去除高温合金中的Mg元素，其他化学成分不变、制备方法和工艺参数不变、测试条件不变，最终得到的高温合金的铸造性能较差，高温持久性能较差，高温长期时效组织不稳定，铸件的合格率较低。

上述七个实施例和三个对比试验的铸件的合格率如表1所示，高温持久寿命数据如表2所示，铸造性能数据（固液相线温度范围）如表3所示。

表1 铸件的合格率汇总表

测试编号	铸件的合格率（%）
		实施例一	96.9
实施例二	95.6
		实施例三	97.2
实施例四	90.5
		实施例五	89.4
实施例六	81.5
		实施例七	82.9
对比试验一	33.4
		对比试验二	32.9
对比试验三	38.7

表2 铸件的高温持久寿命数据汇总表

测试编号	982℃、152MPa条件下的持久寿命（h）
		实施例一	49.8
实施例二	49.3
		实施例三	49.4
实施例四	47.5
		实施例五	47.1
实施例六	45.6
		实施例七	46.2
对比试验一	32.1
		对比试验二	33.5
对比试验三	33.6

表3 铸件的铸造性能数据汇总表

测试编号	固相线温度（℃）	液相线温度（℃）	固液相线范围（℃）
				实施例一	1298.3	1350.6	52.3
实施例二	1298.1	1350.7	52.6
				实施例三	1299.1	1351.2	52.1
实施例四	1297.3	1354.4	57.1
				实施例五	1296.9	1354.8	57.9
实施例六	1295.7	1356.1	60.4
				实施例七	1295.8	1355.9	60.1
对比试验一	1294.6	1359.7	65.1
				对比试验二	1293.9	1358.9	65.0
对比试验三	1293.5	1359.1	65.6

从表1-表3的数据和图2-图5的组织照片可以看出，通过控制Mg元素的质量百分比，可以使高温合金具有良好的铸造性能、高温持久性能、高温长期时效组织稳定性以及冶金质量，同时能够提高铸件的荧光合格率。

特别说明：本发明的技术方案中涉及了诸多参数，需要综合考虑各个参数之间的协同作用，才能获得本发明的有益效果和显著进步。而且技术方案中各个参数的取值范围都是经过大量试验才获得的，针对每一个参数以及各个参数的相互组合，发明人都记录了大量试验数据，限于篇幅，在此不公开具体试验数据。

本领域技术人员不难理解，本发明的高温合金、制备方法及制得的地面燃气轮机导向器铸件包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种镍基高温合金，其特征在于：所述镍基高温合金按照质量百分比包括以下成分，Al为5.5-6.5Wt%、Cr为11.0-13.0Wt%、Co为0-1.0Wt%、Nb为1.5-2.5Wt%、Mo为3.8-5.2Wt%、Ti为0.5-0.9Wt%、C为0.03-0.07Wt%、B为0.005-0.015Wt%、Zr为0.05-0.15Wt%、Si为0-0.5Wt%、P为0-0.015Wt%、S为0-0.015Wt%、Mn为0-0.25Wt%、Fe为0-0.5Wt%、Cu为0-0.5Wt%、Ta为0-0.15Wt%、Mg为0.003-0.008Wt%，余量为Ni，其中Nb和Ti的质量之和与Al的质量的配比为1:2-2.5；

所述镍基高温合金的制备方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：按照镍基高温合金的设计成分，分别称取各原料备用；

步骤二：将Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分放入真空感应熔炼炉内的坩埚中，进行熔化处理，成为合金液；待熔化处理结束后，搅拌合金液，使合金液混合均匀；

步骤三：待合金液化清后，进行精炼处理；待精炼处理结束后，搅拌合金液，然后断电使温度下降，合金液结膜；

步骤四：通电使温度上升，将Al、Ti和部分Mg三种化学成分加入真空感应熔炼炉内的坩埚中，进行熔化处理，成为合金液；待熔化处理结束后，搅拌合金液，使合金液混合均匀；

步骤五：将B、Zr两种化学成分加入真空感应熔炼炉内的坩埚中，进行熔化处理，成为合金液；待熔化处理结束后，搅拌合金液，使合金液混合均匀；

步骤六：断电使温度下降，将剩余部分的Mg加入真空感应熔炼炉内的坩埚中，进行熔化处理，成为合金液，然后搅拌合金液使其混合均匀；

步骤七：使用过滤器将合金液进行过滤，并将过滤后的合金液浇注到锭模中，制成镍基高温合金母合金锭；

步骤二中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的熔化处理温度为1550-1600℃、熔化处理时间为30-60min；

步骤三中，Ni、Cr、Mo、Co、C、Nb六种化学成分的精炼处理温度为1600-1650℃、精炼处理时间为30-60min；断电使温度下降至1340-1390℃，保温时间不大于5s，合金液结膜；

步骤四中，Al、Ti和部分Mg三种化学成分的熔化处理温度为1500-1550℃、熔化处理时间为5-15min；步骤四中添加Mg的质量占所述镍基高温合金中Mg的总质量的10-20%，剩余的Mg在步骤六中添加；

步骤五中，B、Zr两种化学成分的熔化处理温度为1500-1550℃、熔化处理时间为5-15min；

步骤六中，剩余部分Mg的熔化处理温度为1480-1500℃、熔化处理时间为5-8min；

步骤七中，合金液的浇注温度为1450-1480℃、浇注时间不大于8s。

2.一种地面燃气轮机导向器铸件，其特征在于：由权利要求1所述的镍基高温合金制备而成，所述地面燃气轮机导向器铸件的制备方法，按照先后顺序包括以下步骤，

步骤（一）：使用导向器铸件的蜡模模具压制出导向器蜡模，将浇注系统和导向器蜡模组焊到一起，形成一个整体；

步骤（二）：在组焊后的浇注系统和导向器蜡模的整体表面涂挂陶瓷浆料；

步骤（三）：在脱蜡釜中对涂挂了陶瓷浆料的浇注系统和导向器蜡模的整体进行脱蜡处理；

步骤（四）：将脱蜡处理后的浇注系统和导向器蜡模的整体进行焙烧处理，制得陶瓷型壳；然后使用清水对陶瓷型壳进行洗壳，洗壳后进行烘干处理；

步骤（五）：陶瓷型壳经过烘干处理后，在陶瓷型壳上的浇注系统位置包覆一层陶瓷棉，然后将陶瓷型壳放入真空感应熔炼炉内，进行预热处理；

步骤（六）：根据浇注导向器铸件所需要的重量切取镍基高温合金母合金锭，并将其放入真空感应熔炼炉内的坩埚中，进行熔化处理；

步骤（七）：将熔化后的合金液浇注到陶瓷型壳内；待浇注结束后，破除真空出炉，对铸件进行切割、清壳、吹砂处理，即可制得地面燃气轮机导向器铸件。

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