CN1718794A - 一种铱铪锆超高温合金 - Google Patents
一种铱铪锆超高温合金 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1718794A CN1718794A CN 200510088644 CN200510088644A CN1718794A CN 1718794 A CN1718794 A CN 1718794A CN 200510088644 CN200510088644 CN 200510088644 CN 200510088644 A CN200510088644 A CN 200510088644A CN 1718794 A CN1718794 A CN 1718794A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- iridium
- hafnium
- zirconium
- superalloy material
- superalloy
- 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
- LSFXOLNZZAADTQ-UHFFFAOYSA-N [Zr].[Hf].[Ir] Chemical compound [Zr].[Hf].[Ir] LSFXOLNZZAADTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 25
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims description 19
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 9
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 claims description 47
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 44
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 22
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 21
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 18
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 5
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims 2
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 4
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 3
- 238000012669 compression test Methods 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种铱铪锆超高温合金，该合金由75at％～96at％的铱(Ir)、3at％～15at％的铪(Hf)和1at％～10at％的锆(Zr)组成。该合金材料在1950℃屈服强度为40MPa～175MPa，变形率大于30％；在1800℃屈服强度为140～410MPa；室温维氏硬度为HV410～840，屈服强度为400～1500MPa；该铱铪锆高温合金材料密度为19～22g/cm3。
Description
技术领域
本发明涉及一种铱铪锆超高温合金材料，是通过在铱基体中添加铪和锆元素以饱和固溶强化和共格强化的方式来提高铱基合金的高温力学性能的一种新型超高温合金材料。
背景技术
随着我国航空航天事业的蓬勃发展，对新一代航天器的一些关键材料提出的要求是在1200℃～1900℃的温度范围具有足够高的强度，新型的超高温材料的开发是摆在我国材料科技工作者面前的紧迫任务。目前，在高温领域使用最成熟和最广泛的Ni基超合金的最高工作温度为1050℃～1150℃，该温度已达到Ni基超合金熔点的80％～85％，进一步提高其使用温度是非常有限的。为了满足1200℃～1900℃的温度范围航天器的服役条件的需要，必须开发难熔金属基的新型超高温合金材料以适应相关工业领域未来发展的需要。
白金族金属铱是一种具有高熔点(2443℃)、良好的抗氧化性和易于合金化的金属元素，是最有希望在超高温领域应用的金属材料。在铱中添加与之有较大原子尺寸差异的Hf和Zr元素，应用多元合金化，饱和固溶强化和共格强化的设计思想可显著提高铱基合金的高温力学性能，可以作为航天器在1200℃～1900℃范围内使用的高温结构材料和高温涂层材料，能满足不同的强度需求。
发明内容
本发明的目的是提出一种高强度IrHfZr高温合金材料，该IrHfZr高温合金可以超越目前金属镍基、铁基和钴基高温材料所无法达到的超高温强度，满足1200℃～1950℃范围内的强度需要。
本发明公开了一种铱铪锆超高温合金，该合金由75at％～96at％的铱(Ir)、3at％～15at％的铪(Hf)和的1at％～10at％锆(Zr)组成，并且上述各成分的含量之和为100％。
本发明的一种铱铪锆高温合金材料，也可由85at％～96at％的铱(Ir)、3at％～10at％的铪(Hf)和1at％～5at％锆(Zr)组成，并且上述各成分的含量之和为100％。
所述的铱铪锆高温合金材料，其组份为Ir94Hf3Zr3或者Ir90Hf5Zr5。
所述的铱铪锆高温合金材料，该铱铪锆合金材料在1950℃屈服强度为40MPa～175MPa，变形率大于30％；在1800℃屈服强度为140～410MPa；室温维氏硬度为HV410～840，屈服强度为400～1500MPa，杨氏弹性模量为150～210Gpa；该铱铪锆高温合金材料密度为19～22g/cm3，适用工作温度为1200℃～1950℃。
本发明的一种铱铪锆高温合金材料的制备方法，包括下列步骤：
(1)按原子配比称取纯度为99.99％的铱(Ir)、纯度为99.99％的铪(Hf)和纯度为99.99％的锆(Zr)；
(2)将上述称取的铱、铪和锆原料放入非自耗真空电弧炉内，抽真空至1×10-3Pa～5×10-3Pa，充入高纯氩气至1.01×105Pa，然后在2000℃～2400℃熔炼成IrHfZr高温合金锭材；
(3)将上述制得的IrHfZr高温合金锭材放入真空热处理炉内进行热处理，在真空度1×10-3Pa～5×10-3Pa，热处理温度2000℃下保温24小时后，随炉冷却，即得到Ir75-96Hf3～15Zr1～10高温合金材料。
本发明IrHfZr高温合金材料的优点：在Ir基础上，应用多元合金化，饱和固溶强化和共格强化原则，通过添加与Ir有较大原子尺寸差异的高纯度Hf和Zr元素来提高合金的高温力学性能，这类合金密度为19～22g/cm3，在1800℃～1950℃之间具有超高强度的优点。
附图说明
图1是具有最高高温强度的Ir90Hf5Zr5合金在1800℃和1950℃温度下的压缩应力应变曲线图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种铱铪锆高温合金材料，该合金由75at％～96at％的铱(Ir)、3at％～15at％的铪(Hf)和的1at％～10at％锆(Zr)组成，并且上述各成分的含量之和为100％。
本发明是一种铱铪锆高温合金材料，也可由85at％～96at％的铱(Ir)、3at％～10at％的铪(Hf)和1at％～5at％锆(Zr)组成，并且上述各成分的含量之和为100％。
本发明铱铪锆高温合金材料的制备方法和步骤如下：
(1)按原子配比称取纯度为99.99％的铱(Ir)、纯度为99.99％的铪(Hf)和纯度为99.99％的锆(Zr)；
(2)将上述称取的铱、铪和锆原料放入非自耗真空电弧炉内，抽真空至1×10-3Pa～5×10-3Pa，充入高纯氩气至1.01×105Pa，然后在2000℃～2400℃熔炼成IrHfZr高温合金锭材；
(3)将上述制得的IrHfZr高温合金锭材放入真空热处理炉内进行热处理，在真空度1×10-3Pa～5×10-3Pa，热处理温度2000℃下保温24小时后，随炉冷却，即得到Ir75～96Hf3～15Zr1～10高温合金材料。
采用线切割方法，在上述制得的IrHfZr高温合金材料中切取直径d＝3mm，高度h＝5mm的圆柱体作为力学性能测试样品，采用日本岛津高温实验机进行压缩应力-应变测试，压缩应变速率为3×10-4s-1，真空度为1×10-2Pa～1×10-3Pa。实验温度为室温、1800℃和1950℃。圆柱体试样在实验前用1000#SiC砂纸进行表面抛光。高温实验时加热速度为10℃/分钟，到达设定温度后保持10分钟再进行压缩实验。铱铪锆高温合金材料的主要性能参数如下表所示：
| 测试温度℃ | 屈服强度MPa | 杨氏弹性模量GPa | 维氏硬度HV | 密度(ρ)g/cm3 |
| 25 | 400～1500 | 150～210 | 410～840 | 19～22 |
| 1800 | 140～410 | - | - | |
| 1950 | 40～175 | - | - |
本发明的Ir75～96Hf3～15Zr1～10高温合金材料，可以超越目前金属镍基、铁基和钴基高温材料所无法达到的超高温强度，可以满足在1200℃～1950℃范围内的强度需要。即可作为高温结构材料使用，也可作为高温涂层材料使用。
实施例1：制Ir90Hf5Zr5合金材料
(1)按原子配比称取纯度为99.99％的铱(Ir)、纯度为99.99％的铪(Hf)和纯度为99.99％的锆(Zr)；
(2)将上述称取的铱、铪和锆原料放入非自耗真空电弧炉内，抽真空至3×10-3Pa，充入高纯氩气至1.01×105Pa，然后在2400℃熔炼成IrHfZr高温合金锭材；
(3)将上述制得的IrHfZr高温合金锭材放入真空热处理炉内进行热处理，在真空度3×10-3Pa，热处理温度2000℃下保温24小时后，随炉冷却，即得到Ir90Hf5Zr5高温合金材料。
采用线切割方法，在上述制得的Ir90Hf5Zr5高温合金材料中切取直径d＝3mm，高度h＝5mm的圆柱体作为力学性能测试样品，采用日本岛津高温实验机进行压缩压力-应变测试，压缩应变速率为3×10-4s-1，真空度为1×10-3Pa，实验温度为室温，1800℃和1950℃。圆柱体试样在实验前用1000#SiC砂纸进行表面抛光。高温实验时加热速度为10℃/分钟，到达设定温度后保持10分钟再进行压缩实验。高温下Ir90Hf5Zr5的压缩应力-应变曲线参见图1。在1950℃下，Ir90Hf5Zr5的0.2％屈服强度为175MPa；在1800℃下的0.2％屈服强度为410MPa。Ir90Hf5Zr5高温合金材料在本发明的成份范围内，具有两相的fcc/Ll2结构，是所有IrHfZr高温合金中强度最高的。
实施例2：制Ir94Hf3Zr3合金材料
(1)按原子配比称取纯度为99.99％的铱(Ir)、纯度为99.99％的铪(Hf)和纯度为99.99％的锆(Zr)；
(2)将上述称取的铱、铪和锆原料放入非自耗真空电弧炉内，抽真空至3×10-3Pa，充入高纯氩气至1.01×105Pa，然后在2400℃熔炼成IrHfZr高温合金锭材；
(3)将上述制得的IrHfZr高温合金锭材放入真空热处理炉内进行热处理，在真空度3×10-3Pa，热处理温度2000℃下保温24小时后，随炉冷却，即得到Ir94Hf3Zr3高温合金材料。
采用线切割方法，在上述制得的Ir94Hf3Zr3高温合金材料中切取直径d＝3mm，高度h＝5mm的圆柱体作为力学性能测试样品，采用日本岛津高温实验机进行压缩压力-应变测试，压缩应变速率为3×10-4s-1，真空度为1×10-3Pa。实验温度为室温，1800℃和1950℃。圆柱体试样在实验前用1000#SiC砂纸进行表面抛光。高温实验时加热速度为10℃/分钟，到达设定温度后保持10分钟再进行压缩实验。Ir94Hf3Zr3高温合金材料的主要性能参数如下表所示：
| 测试温度℃ | 屈服强度MPa | 杨氏弹性模量GPa | 维氏硬度HV | 密度(ρ)g/cm3 |
| 25 | 1450 | 210 | 830 | 21.3 |
| 1800 | 400 | - | - | |
| 1950 | 135 | - | - |
上表所示的Ir94Hf3Zr3高温合金材料在本发明的成份范围内，具有饱和的单相fcc结构，是在具有单相fcc固溶体的IrHfZr高温合金中强度最高的。可以超越目前金属镍基、铁基和钴基高温材料所无法达到的超高温强度，可以满足在1200℃～1950℃范围内的强度需要。即可作为高温结构材料使用，也可作为高温涂层材料使用。
Claims (7)
1、一种铱铪锆高温合金材料，其特征在于：该合金由75at％～96at％的铱(Ir)、3at％～15at％的铪(Hf)和的1at％～10at％锆(Zr)组成，并且上述各成分的含量之和为100％。
2、根据权利要求1所述的铱铪锆高温合金材料，其特征在于：该合金由85at％～96at％的铱(Ir)、3at％～10at％的铪(Hf)和1at％～5at％锆(Zr)组成，并且上述各成分的含量之和为100％。
3、根据权利要求1或2所述的铱铪锆高温合金材料，其特征在于：该铱铪锆高温合金材料为Ir94Hf3Zr3。
4、根据权利要求1或2所述的铱铪锆高温合金材料，其特征在于：该铱铪锆高温合金材料为Ir90Hf5Zr5。
5、根据权利要求1或2所述的铱铪锆高温合金材料，其特征在于：该铱铪锆高温合金材料在1950℃屈服强度为40MPa～175MPa，变形率大于30％；在1800℃屈服强度为140～410MPa；室温维氏硬度为HV410～840，屈服强度为400～1500MPa；该铱铪锆高温合金材料密度为19～22g/cm3。
6、根据权利要求1或2所述的铱铪锆高温合金材料，其特征在于：该铱铪锆高温合金材料适用工作温度为1200℃～1950℃。
7、一种铱铪锆高温合金材料的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)按成份配比称取纯度为99.99％的铱(Ir)、纯度为99.99％的铪(Hf)和纯度为99.99％的锆(Zr)；
(2)将上述称取的铱、铪和锆原料放入非自耗真空电弧炉内，抽真空至1×10-3Pa～5×10-3Pa，充入高纯氩气至1.01×105Pa，然后在2000℃～2400℃熔炼成IrHfZr高温合金锭材；
(3)将上述制得的IrHfZr高温合金锭材放入真空热处理炉内进行热处理，在真空度1×10-3Pa～5×10-3Pa，热处理温度2000℃下保温24小时后，随炉冷却，即得到Ir75～96Hf3～15Zr1～10高温合金材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200510088644 CN1718794A (zh) | 2005-08-01 | 2005-08-01 | 一种铱铪锆超高温合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200510088644 CN1718794A (zh) | 2005-08-01 | 2005-08-01 | 一种铱铪锆超高温合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1718794A true CN1718794A (zh) | 2006-01-11 |
Family
ID=35930742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200510088644 Pending CN1718794A (zh) | 2005-08-01 | 2005-08-01 | 一种铱铪锆超高温合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1718794A (zh) |
-
2005
- 2005-08-01 CN CN 200510088644 patent/CN1718794A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113789464B (zh) | 陶瓷相增强难熔高熵合金及其制备方法 | |
| CN108004452B (zh) | 一种CoCrFeNiHfx高熵合金材料及其制备方法 | |
| CN110592412B (zh) | 纳米AlN颗粒增强混晶耐热铝基复合材料及制备方法 | |
| CN103305722B (zh) | 一种双态结构的高强韧钛基高温合金及其制备方法与应用 | |
| CN108994304A (zh) | 一种消除金属材料增材制造裂纹提高力学性能的方法 | |
| CN102925780A (zh) | 钛镍铝合金材料及其制备工艺 | |
| CN101074464A (zh) | 复合强化耐热钛合金 | |
| CN108342635A (zh) | 一种高强度难熔六元高熵合金CoCrFeNiVAlx及其制备方法 | |
| CN101314826B (zh) | 一种钛镍铝稀土高温合金材料及其制备方法 | |
| CN114134385A (zh) | 一种难熔中熵合金及其制备方法 | |
| Luo et al. | Microstructural evolution and mechanical properties of Alloy 718 fabricated by selective laser melting following different post-treatments | |
| CN111519079B (zh) | 一种CoCrNiCuFeMnAl高熵合金及其制备方法 | |
| CN101235455A (zh) | 一种铌钛硅锆铪硼合金及其制备方法 | |
| CN113652592B (zh) | 一种高强度高弹性应变的TiNbHfFeNi共晶高熵合金及其制备方法 | |
| Bai et al. | Microstructural evolution of a Y2O3 network reinforced Ni–Co based superalloy fabricated by spark plasma sintering | |
| CN114134355A (zh) | 一种难熔高熵合金的强韧化调控方法 | |
| CN106011574B (zh) | 一种无铪高抗氧化性的Nb-Si基合金及其制备方法 | |
| CN117587314A (zh) | 一种超高硬度高温高熵合金及其制备方法 | |
| CN115466867B (zh) | 一种能够改善其均匀变形能力的TiAl合金及其制备方法 | |
| CN114438392B (zh) | 一种高强AlCoCrNiV高熵合金及其制备方法 | |
| CN1718794A (zh) | 一种铱铪锆超高温合金 | |
| CN116891969A (zh) | 一种原位生成碳化物增强Nb-Mo-Ta-W-M-C高温共晶高熵合金及其制备方法 | |
| CN1294286C (zh) | 一种铱铪铌高温合金材料及其制备方法 | |
| CN116005059A (zh) | 一种高强韧双BCC结构TaMoZrTiAl系难熔高熵合金 | |
| CN1265006C (zh) | 一种钛镍铝钼高温合金材料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |