单晶镍基高温合金及航空发动机涡轮部件制造技术

本发明专利技术涉及高温合金技术领域，公开了一种单晶镍基高温合金及航空发动机涡轮部件。所述单晶镍基高温合金，按质量百分比组成包括：Cr：3‑4％；Co：5.5～6.5％；Mo：0.3‑0.5％；W：6‑7％；Ta：6.5‑7.5％；Hf：0.08‑0.12％；Al：5‑6％；Ru：4.7‑5.3％；Re：6.1‑6.7％；余量为Ni和不可避免的杂质。相比于典型的第五代单晶合金TMS173和TMS196，通过增加Co、W和Ta的含量，增强了高温合金的固溶能力、热强度和铸造性能；通过减少Mo的含量，增强了高温合金的热稳定性，减少TCP相的析出；通过将Cr的含量控制在TMS173和TMS196之间，实现了高温合金的抗氧化能力和热稳定性的平衡；通过控制杂质和微量元素的含量，减少了杂质及微量元素对于高温合金力学性能的影响。

【技术实现步骤摘要】
单晶镍基高温合金及航空发动机涡轮部件
本专利技术涉及高温合金
，尤其涉及一种用于航空发动机涡轮部件的单晶镍基高温合金。
技术介绍
航空发动机高压涡轮叶片由于处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位而被列为航空发动机的第一关键部件。随着航空发动机涡轮进口温度的不断提高，对叶片材料的要求越来越苛刻。现役的F119航空发动机涡轮进口温度达1900～2050K，最新一代发动机的涡轮进口温度预计将达2100～2200K，对涡轮叶片材料的承温能力提出了更高的要求。由于先进单晶高温合金中难熔元素的大量添加，导致合金过饱和度增大，在高温热暴露和蠕变过程中会析出大量TCP相，如σ相、μ相、P相等。由于TCP相的析出损失了基体内主要固溶强化元素和γ’析出强化元素，对合金高温力学性能造成影响。而且TCP相呈长针状或薄片状，往往是裂纹的发源地和裂纹快速扩展的通道，TCP相易沿晶界析出，使合金发生沿晶脆性断裂，强度降低。因此合金设计时抑制或减少TCP相的析出是较大的考量因素。从第四代单晶合金开始引入了新合金元素Ru，可以有效提高合金的组织稳定性和蠕变性能。现有典型的第五单晶合金TMS173和TMS196，TMS173由于较低的Cr含量，长期高温环境下其抗氧化及热腐蚀性能较弱，而TMS196适当增加了Cr以改善抗氧化能力，但容易出现针状TCP相的析出，导致现有第五代单晶合金的抗氧化能力、热稳定性、热强度和铸造性能不佳。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供一种单晶镍基高温合金及航空发动机涡轮部件，解决现有单晶合金的抗氧化能力、热稳定性、热强度和铸造性能不佳的技术问题。根据本专利技术的一个实施例，提供一种单晶镍基高温合金，按质量百分比组成包括：Cr：3-4％；Co：5.5～6.5％；Mo：0.3-0.5％；W：6-7％；Ta：6.5-7.5％；Hf：0.08-0.12％；Al：5-6％；Ru：4.7-5.3％；Re：6.1-6.7％；余量为Ni和不可避免的杂质。优选的，所述Cr的质量百分比具体为3.3-3.8％。优选的，所述Co的质量百分比具体为5.7-6.3％。优选的，所述Mo的质量百分比具体为0.35-0.45％。优选的，所述W的质量百分比具体为6.2-6.8％。优选的，所述Ta的质量百分比具体为6.7-7.3％。优选的，所述杂质的按质量百分比组成包括：O≤0.0010％；O≤N≤0.0010％；S≤0.0002％。优选的，所述杂质的按质量百分比组成包括：痕量元素≤0.01％。优选的，所述的单晶镍基高温合金按质量百分比组成具体为：Cr:3.5％；Co:6％；Mo:0.4％；W:6.5％；Ta：7％；Hf：0.1％；Al：5.6％；Ru：5％；Re：6.4％。根据本专利技术另一个实施例，还提供一种航空发动机涡轮部件，所述部件的材质为上述的单晶镍基高温合金。本专利技术提供的单晶镍基高温合金及航空发动机涡轮部件，所述单晶镍基高温合金按质量百分比组成包括：Cr：3-4％；Co：5.5～6.5％；Mo：0.3-0.5％；W：6-7％；Ta：6.5-7.5％；Hf：0.08-0.12％；Al：5-6％；Ru：4.7-5.3％；Re：6.1-6.7％；余量为Ni和不可避免的杂质。本实施例的单晶镍基高温合金，相比于典型的第五代单晶合金TMS173和TMS196，通过增加Co、W和Ta的含量，增强了高温合金的固溶能力、热强度和铸造性能；通过减少Mo的含量，增强了高温合金的热稳定性，减少TCP相的析出；通过将Cr的含量控制在TMS173和TMS196之间，实现了高温合金的抗氧化能力和热稳定性的平衡；通过控制杂质和微量元素的含量，减少了杂质及微量元素对于高温合金力学性能的影响。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一个实施例中WZ50和五代单晶的γ’溶解温度对比的示意图。图2为本专利技术一个实施例中WZ50和五代单晶的γ’体积分数对比的示意图。图3为本专利技术一个实施例中WZ50和五代单晶的糊状区的示意图。图4为本专利技术一个实施例中WZ50和五代单晶的热处理窗口的示意图。图5为本专利技术一个实施例中WZ50和五代单晶的μ相析出最大值的示意图。图6为本专利技术一个实施例中WZ50和五代单晶的P相析出最大值的示意图。图7为本专利技术一个实施例中WZ50和五代单晶的μ相析出温度范围的示意图。图8为本专利技术一个实施例中WZ50和五代单晶的P相析出温度范围的示意图。图9为本专利技术一个实施例中WZ50单晶铸造试棒的示意图。图10为本专利技术一个实施例中WZ50的单晶取向劳厄检测的示意图。图11为本专利技术一个实施例中WZ50在1100℃/130MPa持久寿命实验数据的示意图。图12为本专利技术一个实施例中WZ50在1100℃经700h热暴露的示意图。图13为本专利技术一个实施例中DD9在1100℃下200h热暴露的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都应属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本专利技术所用原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或是按照本领域技术人员熟知的制备方法制备得到即可。本专利技术所述单晶镍基高温合金及其制备的物品，对其制备方法和其它原料的来源没有特别限制，按照本领域技术人员熟知的制备方法制备得到或是在市场上购买的即可。本专利技术公开了一种单晶镍基高温合金，按质量百分比组成包括：Cr：3-4％；Co：5.5～6.5％；Mo：0.3-0.5％；W：6-7％；Ta：6.5-7.5％；Hf：0.08-0.12％；Al：5-6％；Ru：4.7-5.3％；Re：6.1-6.7％；余量为Ni和不可避免的杂质。本专利技术实施例的单晶镍基高温合金中，Cr的质量百分比优选为3-4％，更优选为3.3-3.8％，最优选为3.5％。本专利技术对元素Cr的来源没有特别限定，以本领域技术人员熟知的元素Cr的来源或市售的元素Cr即可；本专利技术对元素Cr的纯度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于制备高温合金的元素Cr的纯度即可。本专利技术通过将Cr控制在TMS173和TMS196之间，实现了高温合金抗氧化能力和热稳定性的平衡。本专利技术实施例的单晶镍基高温合金中，Co的质量百分比优选为5.5～6.5％，更优选为5.7-6.3％，最优选为6％。本专利技术对元素Co的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单晶镍基高温合金，其特征在于，按质量百分比组成包括：Cr：3‑4％；Co：5.5～6.5％；Mo：0.3‑0.5％；W：6‑7％；Ta：6.5‑7.5％；Hf：0.08‑0.12％；Al：5‑6％；Ru：4.7‑5.3％；Re：6.1‑6.7％；余量为Ni和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种单晶镍基高温合金，其特征在于，按质量百分比组成包括：Cr：3-4％；Co：5.5～6.5％；Mo：0.3-0.5％；W：6-7％；Ta：6.5-7.5％；Hf：0.08-0.12％；Al：5-6％；Ru：4.7-5.3％；Re：6.1-6.7％；余量为Ni和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的单晶镍基高温合金，其特征在于，所述Cr的质量百分比具体为3.3-3.8％。3.根据权利要求1所述的单晶镍基高温合金，其特征在于，所述Co的质量百分比具体为5.7-6.3％。4.根据权利要求1所述的单晶镍基高温合金，其特征在于，所述Mo的质量百分比具体为0.35-0.45％。5.根据权利要求1所述的单晶镍基高温合金，其特征在于，所述W的质量百分比具体为6.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建庭，尧健，龙安平，
申请(专利权)人：深圳市万泽中南研究院有限公司，深圳市万泽航空科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44