900℃组织稳定的立方形γ制造技术

本发明专利技术提供一种900℃组织稳定的立方形γ

【技术实现步骤摘要】
900
℃
组织稳定的立方形
γ
′
纳米粒子共格析出强化的高温合金及制备方法


[0001]本专利技术属于Co基高温合金领域，涉及一种900℃组织稳定的立方形γ
′
纳米粒子共格析出强化的Co
‑
Ni
‑
Al
‑
W/Mo
‑
Cr
‑
Ti/Nb/Ta高温合金及制备方法。

技术介绍

[0002]高温合金由于在高温下具有优异的力学性能及抗蠕变能力，应用于航空航天发动机和工业燃气轮机领域，其中具有立方形有序γ
′
(L12‑
Ni3Al结构)纳米粒子在面心立方FCC
‑
γ基体上共格析出的Ni基高温合金应用最为广泛。然而，近年来随着航空航天技术的不断发展，Ni基高温合金的服役温度已接近其熔点，很难继续满足实际需求。同Ni元素相比，Co元素的熔点更高，并且具有更好的抗热腐蚀能力，所以Co基高温合金成为近年来的研究热点。传统的Co基高温合金通常添加Cr、W、Nb、Ta、Ti、C等元素，在起到固溶强化作用的同时，会在FCC
‑
γ基体上析出碳化物(MC/M
23
C6等)进一步强化，但碳化物粒子的析出强化在高温下远低于γ/γ
′
共格析出强化。此外，Co元素在420℃以下还会发生从FCC结构到密排六方HCP结构的同素异构转变，这种结构的不稳定严重限制了传统Co基高温合金的高温性能和使用温度的进一步提高。
[0003]不同于传统Co基高温合金，2006年，Sato等人在Co
‑
Al
‑
W三元合金体系中首次发现了具有L12结构的γ
′‑
Co3(Al,W)析出相，并且成功制备出具有与Ni基高温合金相似共格组织，即立方形γ
′‑
Co3(Al,W)纳米粒子在γ
‑
Co基体上共格析出，使该合金在870℃下表现出了优异的力学性能。然而与高温稳定的γ
′‑
Ni3Al不同的是，亚稳的γ
′‑
Co3(Al,W)相在高温900℃及以上时效过程中容易分解为FCC
‑
γ、β
‑
CoAl、χ
‑
Co3W和μ
‑
Co7W6稳定相，由于析出相的晶体结构发生了变化，从而会破坏原有的γ/γ
′
共格关系；并且这些稳定析出相与基体之间存在较大的晶格畸变，在位错运动过程中很容易产生应力集中，从而诱发裂纹萌生，恶化了合金的力学性能。
[0004]因此，制约当前Co基高温合金发展与应用的两个核心问题：一方面在于如何实现在FCC
‑
γ基体上共格析出立方形γ
′
纳米粒子；另一方面该立方形γ
′
纳米粒子在900℃及以上的高温服役环境中能够长期稳定存在。鉴于此，本专利技术提供了一种900℃组织稳定的立方形γ
′
纳米粒子共格析出强化的Co
‑
Ni
‑
Al
‑
W/Mo
‑
Cr
‑
Ti/Nb/Ta高温合金。

技术实现思路

[0005]本专利技术设计开发了一种900℃组织稳定的立方形γ
′
纳米粒子共格析出强化的Co
‑
Ni
‑
Al
‑
W/Mo
‑
Cr
‑
Ti/Nb/Ta高温合金，该合金与现有的Co基高温合金相比，立方形γ
′‑
(Co/Ni)3(Al,W,Mo,Ti,Nb,Ta)纳米粒子在FCC
‑
γ基体上共格析出，并且γ
′
纳米粒子900℃长期时效后不发生明显的粗化，展现出优异的热力学稳定性，使得该合金具有良好的高温力学性能、优异的抗氧化性、耐蚀性及抗热腐蚀能力。本专利技术的目的是通过合金成分设计，开发出一种在航空航天领域具有良好应用前景的新型高温合金。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种900℃组织稳定的立方形γ
′
纳米粒子共格析出强化的Co
‑
Ni
‑
Al
‑
W/Mo
‑
Cr
‑
Ti/Nb/Ta高温合金，所述的Co
‑
Ni
‑
Al
‑
W/Mo
‑
Cr
‑
Ti/Nb/Ta高温合金由γ/γ
′
两共格相组成，其中基体为FCC
‑
γ固溶体结构，析出相是FCC
‑
γ固溶体的有序超结构相，即γ
′‑
(Co/Ni)3(Al,W,Mo,Ti,Nb,Ta)。所述的立方形γ
′
纳米粒子共格析出强化的Co
‑
Ni
‑
Al
‑
W/Mo
‑
Cr
‑
Ti/Nb/Ta高温合金包括Co、Ni、Al、W、Mo、Ti、Nb、Ta、Cr元素，其合金成分的质量百分比(wt.％)为，Ni：22.6～28.2，Al：2.6～4.2，W：9.1～17.7，Mo：0～5.0，Ti：1.2～1.5，Nb：0～2.4，Ta：0～4.6，Cr：2.4～5.1，Co：余量。
[0008]所述的Co
‑
Ni
‑
Al
‑
W/Mo
‑
Cr
‑
Ti/Nb/Ta高温合金具有特定的微观组织形貌：立方形γ
′‑
(Co/Ni)3(Al,W,Mo,Ti,Nb,Ta)纳米粒子在面心立方FCC
‑
γ基体上共格析出，且γ
′
纳米粒子在900℃长期时效后不发生明显的粗化，具有高的高温组织稳定性，从而使得该类合金具有良好的高温力学性能、优异的抗氧化性、耐蚀性及抗热腐蚀能力。
[0009]一种900℃组织稳定的立方形γ
′
纳米粒子共格析出强化的Co
‑
Ni
‑
Al
‑
W/Mo
‑
Cr
‑
Ti/Nb/Ta高温合金的制备方法，包括以下内容：首先，将各合金成分按其质量百分比放入真空电弧熔炼至少熔炼四次，得到合金锭；其次，采用马弗炉对合金锭进行固溶处理，处理温度为1250～1300℃，时间为15～18h，水淬，目的是为获得成分均匀的过饱和固溶体，消除成分偏析且溶解合金中不均匀的析出相；随后在800～900℃条件下进行时效处理10～500h，水淬，为了让γ
′
纳米粒子在FCC
‑
γ固溶体基体上弥散分布，并通过改变时效温度和时间控制γ<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种900℃组织稳定的立方形γ
’
纳米粒子共格析出强化的高温合金，其特征在于，所述的高温合金由γ/γ
′
两共格相组成，其中基体为FCC
‑
γ固溶体结构，析出相是FCC
‑
γ固溶体的有序超结构相，为γ
′‑
(Co/Ni)3(Al,W,Mo,Ti,Nb,Ta)；所述的立方形γ
′
纳米粒子共格析出强化的Co
‑
Ni
‑
Al
‑
W/Mo
‑
Cr
‑
Ti/Nb/Ta高温合金包括Co、Ni、Al、W、Mo、Ti、Nb、Ta、Cr元素，其合金成分的质量百分比(wt.％)为，Ni：22.6～28.2，Al：2.6～4.2，W：9.1～17.7，Mo：0～5.0，Ti：1.2～1.5，Nb：0～2.4，Ta：0～4.6，Cr：2.4～5.1，Co：余量。2.根据权利要求1所述的一种900℃组织稳定的立方形γ
’
纳米粒子共格析出强化的高温合金，其特征在于，所述的Co

【专利技术属性】
技术研发人员：王清，李金临，董闯，吕梦甜，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：