CN117512403A - 一种易加工成形的镍基高温合金箔材及其制备方法 - Google Patents
一种易加工成形的镍基高温合金箔材及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117512403A CN117512403A CN202410011937.2A CN202410011937A CN117512403A CN 117512403 A CN117512403 A CN 117512403A CN 202410011937 A CN202410011937 A CN 202410011937A CN 117512403 A CN117512403 A CN 117512403A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nickel
- alloy
- temperature
- mass fraction
- foil
- 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 93
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 92
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 85
- 239000011888 foil Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 17
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000009966 trimming Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 20
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 16
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 12
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 11
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 10
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 10
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 8
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 101000912561 Bos taurus Fibrinogen gamma-B chain Proteins 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 2
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000946 Y alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 210000000795 conjunctiva Anatomy 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000007791 dehumidification Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 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
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- -1 rare earth compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 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
- C22C19/055—Alloys 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%
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/023—Alloys based on nickel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/06—Making non-ferrous alloys with the use of special agents for refining or deoxidising
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
-
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
本发明提供了一种易加工成形的镍基高温合金箔材及其制备方法，属于高温合金制备领域。所述方法包括：对原料进行真空熔炼、浇注，得到具有设定化学成分的扁坯；对所述扁坯进行精整、热轧、第一退火、修磨焊接、冷轧、中间热处理以及切边，得到合金带材；将所述合金带材进行第二退火，得到镍基高温合金箔材。通过设计合理的合金元素添加及配比，优化工艺制备技术，解决了现有镍基高温合金箔材的加工成形性能较差的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及高温合金材料制备技术领域，尤其涉及一种易加工成形的镍基高温合金箔材及其制备方法。
背景技术
蜂窝封严技术是近几十年发展起来的新的密封技术。由于其特殊的结构模式，其对轴的摩擦损失程度仅是传统迷宫密封的1/6，即使与轴发生动静摩擦，也不会伤及轴颈；另外，在相同压力和间隙的情况下，蜂窝封严结构的泄漏量比迷宫密封的泄漏量减小50%~70%。同时蜂窝芯结构相比于其他结构重量轻，具有显著减重效果，正是由于其具有显著减重、降低泄漏量、有效抑制密封流体激振和有效减振去湿等特点，可显著提高透平机械的效率和可靠性，因此蜂窝封严结构在航空航天发动机中得到越来越广泛的应用。
高温合金条形蜂窝（蜂窝条）是制备蜂窝密封结构的基础。由于蜂窝密封用高温合金箔材属于极薄带材范畴，厚度通常仅为0.05mm~0.1mm，过高的强度不利于箔材的加工成形，因此设计合金时既要考虑高温强度，又必须考虑其加工成形性，必须实现良好的强韧性匹配。因此为满足先进航空发动机的应用需求，亟需开发一种易加工成形的镍基高温合金箔材。
发明内容
本申请提供了一种易加工成形的镍基高温合金箔材及其制备方法，通过设计合理的合金元素添加及配比，优化工艺制备技术，以解决现有镍基高温合金箔材的加工成形性能较差的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种易加工成形的镍基高温合金箔材的制备方法，所述方法包括：
对原料进行真空熔炼、浇注，得到具有设定化学成分的扁坯；所述设定化学成分及其质量分数为：C：0.06%~0.09%、Cr：18~21%、Co：0.3~2.2%、W：0.5~1.5%、Mo：7.5~8.0%、Al：0.6~0.8%、Ti：0.12~0.20%、Fe：19.0~22.0%、B：0.008~0.012%、V：0.08~0.25%、Y：0.004~0.010%、余量为Ni和不可避免的杂质；
对所述扁坯进行精整、热轧、第一退火、修磨焊接、冷轧、中间热处理以及切边，得到合金带材；
将所述合金带材进行第二退火，得到镍基高温合金箔材。
可选的，所述Mo、Al、Ti和V的质量分数满足如下关系式：11.7<3.4[Mo]-2.8[Al]/[Ti]-3.2[V]<16.6，
式中，[Mo]表示Mo的质量分数，[Al]表示Al的质量分数，[Ti]表示Ti的质量分数，[V]表示V的质量分数。
可选的，所述Mo、Al、Ti和V的质量分数满足如下关系式：12.1<3.4[Mo]-2.8[Al]/[Ti]-3.2[V]<15.2，
式中，[Mo]表示Mo的质量分数，[Al]表示Al的质量分数，[Ti]表示Ti的质量分数，[V]表示V的质量分数。
可选的，所述真空熔炼包括：
将Co、Ni、Cr、W、Mo、Fe以及部分C原料置于第一真空度中混合加热，排出附着在原料上的气体；
在第二真空度中，加热所述原料至熔化状态，后进行第一精炼，停止加热使得熔化原料结膜；
升高温度使得所述熔化原料破膜，加入Al、Ti、B、V、Y和剩余部分C原料，混合均匀；
将加入Al、Ti、B、V、Y和剩余部分C原料的混合原料进行第二精炼。
可选的，所述第一精炼的温度为1540℃~1610℃，所述第一精炼的时间为35min~43min。
可选的，所述第二精炼的温度为1560℃~1630℃。
可选的，所述第一真空度为0.5Pa~1.0Pa，所述第二真空度为0.6Pa~0.9Pa。
可选的，所述浇注的温度为1440℃~1510℃。
可选的，所述第二退火的温度为640℃~670℃，所述第二退火的走带速度为28m/min~37m/min。
第二方面，本申请提供了一种易加工成形的镍基高温合金箔材，所述镍基高温合金箔材由第一方面任意一项实施例所述的方法制备得到，所述镍基高温合金箔材满足如下至少一种性能：900℃时抗拉强度Rm≥220MPa，900℃时屈服强度Rp0.2≥168MPa，900℃时延伸率A≤96%。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请通过设计合理的合金元素添加及配比，添加0.6%~1.0% Al和0.12~0.20%Ti，在充分起到时效强化效果的同时，保证合金具有良好的加工性能，添加0.004~0.012%Y形成混合稀土，净化晶界的同时，改善晶界的热加工性能，并提高合金的强度。该合金具有较宽的热加工窗口400~600℃，合金加工过程中表面裂纹少，塑性好，成材率高。
本申请制备方法制得的镍基高温合金箔材在900℃服役温度下兼具良好加工成形性能和优异的高温强度、高平直度以及无锻造、热轧和冷轧裂纹形成，其中900℃下抗拉强度Rm均在220MPa以上，延伸率A%在90%~96%，满足了先进航空发动机设计和使用的要求。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种镍基高温合金箔材的制备方法的流程示意图；
图2为本申请实施例1提供的镍基高温合金箔材的显微组织形貌图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。 在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项（个）或复数项（个）的任意组合。例如，“ a,b,或c中的至少一项（个）”，或，“a,b,和c中的至少一项（个）”，均可以表示：a, b, c, a-b（即a和b）, a-c, b-c, 或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
请参见图1，本申请提供了一种易加工成形的镍基高温合金箔材的制备方法，所述方法包括：
S11、对原料进行真空熔炼、浇注，得到具有设定化学成分的扁坯；所述设定化学成分及其质量分数为：C：0.06%~0.09%、Cr：18~21%、Co：0.3~2.2%、W：0.5~1.5%、Mo：7.5~8.0%、Al：0.6~0.8%、Ti：0.12~0.20%、Fe：19.0~22.0%、B：0.008~0.012%、V：0.08~0.25%、Y：0.004~0.010%、余量为Ni和不可避免的杂质；
采用高Cr设计，增加Cr元素的含量不仅能起到强化作用提高合金的高温强度以及高温持久性能，而且还能提高合金的抗氧化和抗腐蚀性能；提高元素Mo的含量和降低W的含量，使合金具有良好的焊接性能的同时避免有害脆性相的析出，并在本发明设计配比的元素组成下，合金的强度也能维持在较高的水平；本发明实施例中，增加了元素Co的含量，通过降低合金的层错能，提高合金的塑性变形能力；本发明实施例中，在采用高Cr的同时，在合金中加入元素B和Y，抵消了高Cr可能带来的对塑性的影响，提高合金的加工成形性。由于固溶在γ基体中的B和Y元素会在晶界发生偏聚，进而起到晶界强化作用，延缓了裂纹的形成和扩展，进而明显提高合金的持久性能，此外，元素Al、Ti和Y的组合使用能明显改善合金的高温抗氧化性能。在合金中加入元素V，V是强烈的碳化物和γ′形成元素，V能够替代Ni3Al(γ′)中Al的位置，提高其稳定性，V还能固溶于基体中，有效增大晶格畸变，产生固溶强化作用。V在航空发动机、地面和舰用燃气轮机蜂窝封严件中的应用优势还特别体现在V能够降低合金的膨胀系数、提高合金热导率两方面，低的膨胀系数有利于蜂窝封严件在高温下保持形状、尺寸的稳定性。
本发明实施例中镍基高温合金中Cr、Co、Mo、Al、Ti、B、V和Y的作用如下：
Cr：主要以固溶态存在于镍基高温合金基体中，其最主要的作用是提高合金的抗氧化和抗热腐蚀能力，并具有一定的固溶强化效果，同时也能与C结合形成沿晶分布的颗粒状M23C6，起到强化晶界的作用。但是Cr含量过高时会降低合金的组织稳定性和加工成型性能，本发明的合金主要用作蜂窝封严结构件材料，对合金的成型加工性能的要求较高，所以允许Cr的含量比通常的镍基变形高温合金低，以换取相对高的成型加工性能和组织稳定性。因此本发明将Cr含量控制在了18%~21%。该Cr含量可以为18%、19%、20%、21%等。
Co和Mo：这二个元素均为固溶强化元素，能提高合金强度；但是原子序数均较高，会增大合金密度，同时会增加成本，从减重和经济的角度考虑，将Co和Mo含量分别控制在0.3%~2.2%和7.5%~8.0%。该Co的含量可以为0.3%、0.6%、1.0%、1.5%、2.0%、2.2%等。该Mo的含量可以为7.5%、7.6%、7.7%、7.9%、8.0%等。
Al和Ti：二者是γ′形成元素，且随二者含量的增加，γ′数量增加，材料的高温强度和持久性能提高。Al元素的添加会在合金表面形成Al2O3保护膜，有利于提高合金的抗氧化性能，而Ti有利于提高耐腐蚀性能。但是过高的Al和Ti会析出有害的β相，不利于组织稳定；Ti会明显降低固相线温度，缩小热加工窗口，不利于合金热加工性能；所以过多的Al和Ti会恶化焊接性能、损害成型加工性能，因此Al和Ti含量的确定要平衡高温性能、焊接性能和成型加工性能。为了平衡高温性能、抗氧化性、焊接性能和成型加工性能，本发明将二者的控制为Al含量0.6%~0.8%，Ti含量0.12%~0.20%。该Al的含量可以为0.6%、0.7%、0.8%等，该Ti含量可以为0.12%、0.14%、0.16%、0.18%、0.20%等。
B：晶界强化元素，能增加合金塑性，有利于热加工过程中晶界的协调变形，且能够提高合金的抗氧化性能和抗蠕变性能。但B含量过高，将易于在晶界形成大块状硼化物，不利于合金力学性能。因此B为0.008%~0.012%。该B的含量可以为0.008%、0.009%、0.010%、0.011%、0.012%。
V：在合金中加入元素V，V是强烈的碳化物和γ′形成元素，V能够替代Ni3Al(γ′)中Al的位置，提高其稳定性，V还能固溶于基体中，有效增大晶格畸变，产生固溶强化作用。V在航空发动机、地面和舰用燃气轮机蜂窝结构件中的应用优势还特别体现在V能够降低合金的膨胀系数、提高合金热导率两方面，低的膨胀系数有利于蜂窝结构件在高温下保持形状、尺寸的稳定性，防止热胀冷缩引起早期破坏，高的热导率有利于蜂窝结构件散热，特别是加快了蜂窝结构件汽冷介质和本体之间的热交换，有利于降低蜂窝结构件的温度。本发明在试验研究的基础上，发现V和Al的组合添加对提高镍基变形高温合金的900℃强度有明显效果。过低含量的V提高中温强度的作用不明显，过高含量的V会降低合金的中温塑性和室温塑性。因此，本发明实施例中将元素V的含量控制在0.08~0.25%范围内。该V的含量可以为0.08%、0.11%、0.16%、0.21%、0.25%等。
Y：Y是常用的稀土元素，可以在合金冶炼过程中起到良好的脱氧、脱硫和除气的作用，净化和强化晶界，改善合金的加工性能；还可以作为微合金化元素偏聚于晶界，起强化晶界的作用；另外Y作为活性元素可以改善合金的抗氧化性能，提高表面稳定性。混合稀土元素相比于单一稀土元素对合金的持久性能有明显改善作用，但是过高的稀土元素，会在晶界形成大量大颗粒稀土化合物反而会不利于合金的性能，因此控制Y含量为0.004%~0.012%。该Y含量可以为0.004%、0.006%、0.008%、0.009%、0.010%等。
在一些实施方式中，所述Mo、Al、Ti和V的质量分数满足如下关系式：11.7<3.4[Mo]-2.8[Al]/[Ti]-3.2[V]<16.6，
式中，[Mo]表示Mo的质量分数，[Al]表示Al的质量分数，[Ti]表示Ti的质量分数，[V]表示V的质量分数。
3.4[Mo]-2.8[Al]/[Ti]-3.2[V]的数值可以为11.7、12.0、13.0、15.0、16.0、16.6等。
在一些实施方式中，所述Mo、Al、Ti和V的质量分数满足如下关系式：12.1<3.4[Mo]-2.8[Al]/[Ti]-3.2[V]<15.2，
式中，[Mo]表示Mo的质量分数，[Al]表示Al的质量分数，[Ti]表示Ti的质量分数，[V]表示V的质量分数。
在一些实施方式中，所述真空熔炼包括：
S21、将Co、Ni、Cr、W、Mo、Fe以及部分C原料置于第一真空度中混合加热，排出附着在原料上的气体；
S22、在第二真空度中，加热所述原料至熔化状态，后进行第一精炼，停止加热使得熔化原料结膜；
S23、升高温度使得所述熔化原料破膜，加入Al、Ti、B、V、Y和剩余部分C原料，混合均匀；
S24、将加入Al、Ti、B、V、Y和剩余部分C原料的混合原料进行第二精炼。
在一些实施方式中，所述第一精炼的温度为1540℃~1610℃，所述第一精炼的时间为35min~43min。
该第一精炼的温度可以为1540℃、1550℃、1570℃、1590℃、1610℃等，该第一精炼的时间可以为35min、37min、40min、42min、43min等。
在一些实施方式中，所述第二精炼的温度为1560℃~1630℃。
该第二精炼的温度可以为1560℃、1580℃、1590℃、1610℃、1630℃等。
在一些实施方式中，所述第一真空度为0.5Pa~1.0Pa，所述第二真空度为0.6Pa~0.9Pa。
该第一真空度可以为0.5Pa、0.6Pa、0.8Pa、1.0Pa等，该第二真空度可以为0.6Pa、0.65Pa、0.7Pa、0.8Pa、0.9Pa等。
在一些实施方式中，所述浇注的温度为1440℃~1510℃。
该浇注的温度可以为1440℃、1460℃、1470℃、1480℃、1490℃、1510℃等。
S12、对所述扁坯进行精整、热轧、第一退火、修磨焊接、冷轧、中间热处理以及切边，得到合金带材；
S13、将所述合金带材进行第二退火，得到镍基高温合金箔材。
在一些实施方式中，所述第二退火的温度为640℃~670℃，所述第二退火的走带速度为28m/min~37m/min。
该第二退火的温度可以为640℃、650℃、660℃、670℃等，该第二退火的走带速度可以为28m/min、29m/min、31m/min、33m/min、35m/min、37m/min等。
本申请提供了一种易加工成形的镍基高温合金箔材，所述镍基高温合金箔材满足如下至少一种性能：900℃时抗拉强度Rm≥220MPa，900℃时屈服强度Rp0.2≥168MPa，900℃时延伸率A≤96%。
本发明实施例中，制备方法制得的镍基高温合金箔材在900℃服役温度下兼具良好加工成形性能和优异的高温强度、高平直度以及无锻造、热轧和冷轧裂纹形成。900℃时抗拉强度Rm可以为220MPa、230MPa、240MPa、250MPa、270MPa等，900℃时屈服强度Rp0.2可以为168MPa、175MPa、185MPa、200MPa、220MPa等，900℃时延伸率A可以为70%、80%、82%、86%、90%、96%等。
下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
本申请实施例1~8和对比例1~6对原料进行冶炼，得到表1镍基高温合金箔材的化学成分。
表1 镍基高温合金箔材的化学成分(wt%)，其余为不可避免的杂质
基于上述镍基高温合金箔材的化学成分，本申请实施例1~8和对比例1~6提供了一种镍基高温合金箔材的制备方法，所述方法包括：
S31、将Co、Ni、Cr、W、Mo、Fe以及部分C原料置于真空度0.5Pa的环境中混合加热，排出附着在原料上的气体；
S32、在真空度0.9Pa环境中，加热所述原料至熔化状态，再升温至1550℃，高温精炼43min，停止加热，使得熔化原料结膜；
S33、升高温度使得所述熔化原料破膜，加入Al、Ti、B、V、Y和剩余部分C原料，混合均匀；
S34、将加入Al、Ti、B、V、Y和剩余部分C原料的混合原料在1560℃下精炼；
S35、对精炼后的原料，在1440℃下进行浇注，获得扁坯；
S36、对所述扁坯精整、热轧、退火软化处理、再次精整、冷轧、中间热处理和切边，得到合金带材；
S37、将所述合金带材在640℃进行去应力退火处理，走带速度为35米/分钟，制备出易冷加工成形的镍基高温合金箔材，实施例1提供的镍基高温合金箔材的显微组织形貌图请参见图2。
对实施例1~8和对比例1~6的制备方法得到的镍基高温合金箔材进行力学性能和加工裂纹检测，结果如表2所示。
表2 镍基高温合金箔材的力学性能和加工裂纹检测结果
此外，本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
1）本发明实施例中，合金具有较高的屈强强度。18~21%Cr起着强烈的固溶强化效果；另外通过添加W和Mo两种固溶元素，使得合金的固溶强化作用更加明显，显著提高了该合金高温下的屈服强度，使合金服役温度提高到900℃左右。
2）本发明实施例中，合金抗氧化性能好。添加18~21%Cr，在合金表面形成Cr23C6的氧化膜，添加0.6~1.0%的Al在合金表面产生一层致密的Al2O3的氧化膜，提高抗氧化性；另外，添加的稀土Y，形成稀土氧化物，使合金的高温抗氧化性能达到1100℃以上。
3）本发明实施例中，添加0.08~0.25%的V能够降低合金的膨胀系数，提高合金热导率，低的膨胀系数有利于蜂窝封严件在高温下保持形状、尺寸的稳定性，非常适合制作航空航天发动机蜂窝封严结构件。
4）本发明实施例中，该合金有害杂质元素少、纯净度高、内部缺陷少、成分组织均匀一致性好。生产工艺流程短、生产成本低。通过合理的C和Y合金元素添加，起到了较好的脱氧脱氮脱硫效果。
5）本发明实施例中，提供的一种易冷加工成形镍基高温合金箔材及其制备方法和应用，适合于大批量工业生产焊接性能优异的镍基高温合金箔材，特别是厚度为0.05～0.20mm的加工成形性能优异的镍基高温合金箔材的制备加工。
6）本发明实施例中，合金成本低廉、制备工艺简单，降低了能源消耗，同时缩短了生产周期，提高了生产效率，适用于工业生产的推广应用。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种易加工成形的镍基高温合金箔材的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
对原料进行真空熔炼、浇注，得到具有设定化学成分的扁坯，所述设定化学成分及其质量分数为：C：0.06%~0.09%、Cr：18%~21%、Co：0.3%~2.2%、W：0.5%~1.5%、Mo：7.5%~8.0%、Al：0.6%~0.8%、Ti：0.12%~0.20%、Fe：19.0%~22.0%、B：0.008%~0.012%、V：0.08%~0.25%、Y：0.004%~0.010%、余量为Ni和不可避免的杂质；
对所述扁坯进行精整、热轧、第一退火、修磨焊接、冷轧、中间热处理以及切边，得到合金带材；
将所述合金带材进行第二退火，得到镍基高温合金箔材。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Mo、Al、Ti和V的质量分数满足如下关系式：11.7< 3.4[Mo]-2.8[Al]/[Ti]-3.2[V] <16.6，
式中，[Mo]表示Mo的质量分数，[Al]表示Al的质量分数，[Ti]表示Ti的质量分数，[V]表示V的质量分数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述Mo、Al、Ti和V的质量分数满足如下关系式：12.1< 3.4[Mo]-2.8[Al]/[Ti]-3.2[V] <15.2，
式中，[Mo]表示Mo的质量分数，[Al]表示Al的质量分数，[Ti]表示Ti的质量分数，[V]表示V的质量分数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空熔炼包括：
将Co、Ni、Cr、W、Mo、Fe以及部分C原料置于第一真空度中混合加热，排出附着在原料上的气体；
在第二真空度中，加热所述原料至熔化状态，后进行第一精炼，停止加热使得熔化原料结膜；
升高温度使得所述熔化原料破膜，加入Al、Ti、B、V、Y和剩余部分C原料，混合均匀；
将加入Al、Ti、B、V、Y和剩余部分C原料的混合原料进行第二精炼。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一精炼的温度为1540℃~1610℃，所述第一精炼的时间为35min~43min。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二精炼的温度为1560℃~1630℃。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一真空度为0.5Pa~1.0Pa，所述第二真空度为0.6Pa~0.9Pa。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浇注的温度为1440℃~1510℃。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二退火的温度为640℃~670℃，所述第二退火的走带速度为28m/min~37m/min。
10.一种易加工成形的镍基高温合金箔材，其特征在于，所述镍基高温合金箔材由权利要求1-9任意一项所述的方法制备得到，所述镍基高温合金箔材满足如下至少一种性能：900℃时抗拉强度Rm≥220MPa，900℃时屈服强度Rp0.2≥168MPa，900℃时延伸率A≤96%。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410011937.2A CN117512403A (zh) | 2024-01-04 | 2024-01-04 | 一种易加工成形的镍基高温合金箔材及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410011937.2A CN117512403A (zh) | 2024-01-04 | 2024-01-04 | 一种易加工成形的镍基高温合金箔材及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117512403A true CN117512403A (zh) | 2024-02-06 |
Family
ID=89742350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410011937.2A Pending CN117512403A (zh) | 2024-01-04 | 2024-01-04 | 一种易加工成形的镍基高温合金箔材及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117512403A (zh) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102171373A (zh) * | 2008-10-02 | 2011-08-31 | 住友金属工业株式会社 | Ni基耐热合金 |
| WO2015123918A1 (zh) * | 2014-02-18 | 2015-08-27 | 上海发电设备成套设计研究院 | 700℃等级超超临界燃煤电站用镍基高温合金及其制备 |
| CN105648277A (zh) * | 2016-03-23 | 2016-06-08 | 四川六合锻造股份有限公司 | 一种耐高温合金材料、其制备方法及其应用 |
| WO2017000932A1 (de) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | Vdm Metals International Gmbh | Verfahren zur herstellung einer nickel-eisen-chrom-aluminium-knetlegierung mit einer erhöhten dehnung im zugversuch |
| CN106893893A (zh) * | 2017-04-20 | 2017-06-27 | 华能国际电力股份有限公司 | 一种高强低膨胀高温合金 |
| CN108467972A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-08-31 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种高承温能力的镍基变形高温合金及其制备方法 |
| CN109023001A (zh) * | 2018-08-14 | 2018-12-18 | 中国科学院金属研究所 | 一种高强抗氧化Ni-Cr-Fe基耐热合金 |
| CN111850348A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-10-30 | 北京北冶功能材料有限公司 | 一种高强高韧镍基高温合金箔材及其制备方法 |
| CN113061783A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-07-02 | 江苏图南合金股份有限公司 | 一种高温合金无缝异型管及其生产方法 |
| CN113454255A (zh) * | 2019-03-29 | 2021-09-28 | 日立金属株式会社 | Ni基超耐热合金以及Ni基超耐热合金的制造方法 |
| CN116590576A (zh) * | 2023-05-19 | 2023-08-15 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 一种铁镍基高温合金、超薄带箔材及制备方法 |
| CN117230346A (zh) * | 2022-06-08 | 2023-12-15 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 一种高温耐持久gh3536合金粉末、成形方法及制件 |
-
2024
- 2024-01-04 CN CN202410011937.2A patent/CN117512403A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102171373A (zh) * | 2008-10-02 | 2011-08-31 | 住友金属工业株式会社 | Ni基耐热合金 |
| WO2015123918A1 (zh) * | 2014-02-18 | 2015-08-27 | 上海发电设备成套设计研究院 | 700℃等级超超临界燃煤电站用镍基高温合金及其制备 |
| WO2017000932A1 (de) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | Vdm Metals International Gmbh | Verfahren zur herstellung einer nickel-eisen-chrom-aluminium-knetlegierung mit einer erhöhten dehnung im zugversuch |
| CN105648277A (zh) * | 2016-03-23 | 2016-06-08 | 四川六合锻造股份有限公司 | 一种耐高温合金材料、其制备方法及其应用 |
| CN106893893A (zh) * | 2017-04-20 | 2017-06-27 | 华能国际电力股份有限公司 | 一种高强低膨胀高温合金 |
| CN108467972A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-08-31 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种高承温能力的镍基变形高温合金及其制备方法 |
| CN109023001A (zh) * | 2018-08-14 | 2018-12-18 | 中国科学院金属研究所 | 一种高强抗氧化Ni-Cr-Fe基耐热合金 |
| CN113454255A (zh) * | 2019-03-29 | 2021-09-28 | 日立金属株式会社 | Ni基超耐热合金以及Ni基超耐热合金的制造方法 |
| CN111850348A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-10-30 | 北京北冶功能材料有限公司 | 一种高强高韧镍基高温合金箔材及其制备方法 |
| CN113061783A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-07-02 | 江苏图南合金股份有限公司 | 一种高温合金无缝异型管及其生产方法 |
| CN117230346A (zh) * | 2022-06-08 | 2023-12-15 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 一种高温耐持久gh3536合金粉末、成形方法及制件 |
| CN116590576A (zh) * | 2023-05-19 | 2023-08-15 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 一种铁镍基高温合金、超薄带箔材及制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110551920B (zh) | 一种高性能易加工镍基变形高温合金及其制备方法 | |
| CN108467972B (zh) | 一种高承温能力的镍基变形高温合金及其制备方法 | |
| EP1842934B1 (en) | Heat-resistant superalloy | |
| TWI645049B (zh) | 可加工的高強度、抗氧化Ｎｉ－Ｃｒ－Ｃｏ－Ｍｏ－Ａｌ合金 | |
| CN117385212B (zh) | 一种中温强度优异的镍基高温合金箔材及其制备方法 | |
| CN113234961B (zh) | 一种耐1100℃高温抗氧化燃烧室合金及其制备方法 | |
| CN111471897B (zh) | 一种高强镍基高温合金制备成型工艺 | |
| CN114032421B (zh) | 一种增材制造用镍基高温合金、镍基高温合金粉末材料和制品 | |
| CN114214532B (zh) | 一种精确控制亚稳组织稳定化实现γ-TiAl合金细化的方法 | |
| CN102168211B (zh) | 一种轧钢加热炉耐热垫块用的耐高温钴基合金 | |
| CN114934211B (zh) | 镍基高温合金、镍基高温合金粉末和镍基高温合金构件 | |
| CN117512403A (zh) | 一种易加工成形的镍基高温合金箔材及其制备方法 | |
| CN114921688B (zh) | 一种难变形镍基高温合金带材、钣金件及难变形镍基高温合金带材的制备方法 | |
| CN115505788B (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 | |
| CN115354195A (zh) | 一种抗裂纹镍基高温合金及其制备方法和应用 | |
| CN117535559A (zh) | 一种低密度镍基高温合金箔材及其制备方法与应用 | |
| CN117431432B (zh) | 一种长时氧化性能好的镍基高温合金箔材及其制备方法 | |
| CN117587297A (zh) | 一种焊接性能优异的镍基高温合金箔材及其制备方法与应用 | |
| CN117418153B (zh) | 一种长期组织稳定的镍基高温合金箔材及其制备方法与应用 | |
| CN117587298A (zh) | 一种低残余应力镍基高温合金箔材及其制备方法与应用 | |
| CN115418531B (zh) | 一种低密度镍基高温合金及其制备方法和应用 | |
| CN115449669B (zh) | 一种抗蠕变、抗氧化镍基高温合金及其制备方法和应用 | |
| KR102658234B1 (ko) | 크리프 방지, 장수명 니켈기 변형 고온 합금, 그의 제조 방법 및 응용 | |
| CN115537604B (zh) | 一种抗蠕变、抗氧化的镍基高温合金及其制备方法和应用 | |
| RU2721261C1 (ru) | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля с низким температурным коэффициентом линейного расширения и изделие, выполненное из него |
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 |