一种优异高温拉伸性能的γ制造技术

本发明专利技术公开了一种优异高温拉伸性能的γ

【技术实现步骤摘要】
一种优异高温拉伸性能的
γ
′
相强化钴基高温合金


[0001]本专利技术属于钴基高温合金领域，特别涉及一种优异高温拉伸性能的γ
′
相强化钴基高温合金。

技术介绍

[0002]钴基高温合金以其出色的抗热疲劳性，抗热腐蚀性，抗氧化性和高组织稳定性而备受关注。然而，传统钴基高温合金依靠碳化物强化，缺乏有效的强化相致其高温强度较低，常被用于涡轮发动机和燃气轮机导向叶片的合金材料。
[0003]γ
′‑
Co3(Al,W)相的发现弥补了这一缺失，并且该相在900℃有着长期的组织稳定性，使得钴基高温合金的高温性能显著提升。这意味着钴基高温合金可以替代镍基高温合金，成为涡轮发动机和燃气轮机涡轮叶片的合金材料。
[0004]经过学者们十多年的研究，γ
′
相强化钴基高温合金已经从最初的Co
‑
Al
‑
W三元合金演变至多元合金，通过添加合金元素以获得更优异的合金性能，例如Ti、Ta、Nb、V、Fe、B、Si、Ni、Cr、Mo等。随着越来越多的合金元素添加到合金中，对合金的熔点及γ
′
相回溶温度都有着一定的影响。合金元素不同的组合对合金的高温性能影响也不同。目前，γ
′
相强化钴基高温合金所面临的主要问题在于高温强度及高温塑性不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在获得一种在800℃
‑
900℃温度区间内集优异的高温强度、抗氧化性能及一定的高温塑性于一身的钴基高温合金。该合金利用亚微米级γ
′‑
Co3(Al,W)相为主要强化相，碳化物强化及固溶强化以获得良好的高温强度，添加Cr元素以获得优良的抗氧化性，以满足涡轮发动机和燃气轮机涡轮叶片的恶劣服役条件。该合金不仅具有优于传统钴基高温合金的高温强度，而且在800℃
‑
1000℃温度区间内，该合金与先进的镍基高温合金的高温屈服强度相比也有着明显的优势。此外，本专利技术合金的密度在传统Co
‑
Al
‑
W三元体系合金中有着明显的优势，合金在900℃有着优异的组织稳定性。
[0006]本专利技术所述一种优异高温拉伸性能的γ
′
相强化钴基高温合金的化学成分(wt％)为：C 0.02
‑
0.1，Cr 5
‑
9，Ni 24
‑
28，Mo 2
‑
6，Ti 1
‑
3，Al 2.5
‑
5，B 0.005
‑
0.01，Ta 4
‑
8，W 2
‑
6，Zr 0.05
‑
0.2，Co为余量。
[0007]合金可在铸态下直接使用，热处理制度为1200
‑
1280℃固溶4
‑
12h+900
‑
950℃时效16
‑
100h+750℃时效16
‑
50h。
[0008]所述合金的密度8.58g/cm3。
[0009]所述合金的γ
’
回溶温度1030℃。
[0010]所述合金在800
‑
1000℃拉伸断后延伸率为9
‑
12％，室温拉伸断后延伸率为15.6％
[0011]本专利技术所述的一种优异高温拉伸性能的γ
′
相强化钴基高温合金所选合金元素有着不同的目的：
[0012]镍：通过添加Ni元素促进γ/γ
′
相的稳定性，提高γ
′
相的回溶温度，降低γ/γ
′
两相的晶格错配度。
[0013]钨：通过添加W元素提高γ
′
相的稳定性，提高γ
′
相的回溶温度，增加γ
‑
Co的固溶强度。
[0014]铝：通过添加Al元素作为γ
′
相的组成元素，提高合金的抗氧化能力，阻碍O元素继续向合金内部扩散。
[0015]钛：通过添加Ti元素提高γ
′
相的体积分数及γ
′
相的稳定性，促进γ
′
相的析出。
[0016]钼：通过添加Mo元素替代W元素，增加γ
‑
Co的固溶强度，提高稀土元素在γ
‑
Co中的含量，延缓γ
′
相的粗化。
[0017]铬：通过添加Cr元素提高合金的高温抗氧化性能，降低合金凝固时的开裂敏感性。
[0018]钽：通过添加Ta元素提高γ
′
相的稳定性及γ
′
相的体积分数，增加层错能。
[0019]锆：通过添加Zr元素降低晶界缺陷，填补晶界上的空位，提高晶界结合力，强化晶界。
[0020]碳：通过添加C元素形成碳化物，阻碍位错运动，提高拉伸、疲劳和蠕变性能。
[0021]硼：通过添加B元素提高晶界的结合力，提高合金的塑性，强化晶界。
[0022]本专利技术所述的一种优异高温拉伸性能的γ
′
相强化钴基高温合金的微观组织主要为枝晶，相组成包括：γ
‑
Co、γ
′‑
Co3(Al,Me)、MC、共晶(γ+γ
′
)构成，其中Me为W、Ta、Ti、Mo。
[0023]本专利技术以亚微米级γ
′
相为主要强化相，碳化物强化及固溶强化共同作用来获得优异的高温性能；添加Cr增强合金的抗氧化性；添加B、Zr来强加晶界的结合力，使该合金集优异的高温强度和一定的高温塑性于一身。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例中合金3的铸态枝晶组织。
[0025]图2是本专利技术实施例中合金3的密度对比图。
[0026]图3是本专利技术实施例中合金3的XRD物相分析。
[0027]图4是本专利技术实施例中合金3的晶界形貌。
[0028]图5是本专利技术实施例中合金3的共晶形貌。
[0029]图6是本专利技术实施例中合金3的碳化物形貌。
[0030]图7是本专利技术实施例中合金3的γ
′
相形貌。
[0031]图8是本专利技术实施例中合金3的1200℃/12h固溶+900℃时效处理后的γ
′
相形貌。
[0032]图9是本专利技术实施例中合金3的不同温度应力应变曲线。
[0033]图10是本专利技术实施例中合金3的高温拉伸屈服强度对比图。
[0034]图11是本专利技术实施例中合金3的不同温度断后延伸率。
[0035]图12是本专利技术实施例中合金3的高温拉伸断口。
[0036]图13是本专利技术实施例中合金3的900℃和1000℃200小时的氧化动力学曲线。
[0037]图14是本专利技术实施例中合金3的氧化层截面形貌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种优异高温拉伸性能的γ
’
相强化钴基高温合金，其特征在于，各化学成分质量百分数为：C 0.02
‑
0.1，Cr 5
‑
9，Ni 24
‑
28，Mo 2
‑
6，Ti 1
‑
3，Al 2.5
‑
5，B 0.005
‑
0.01，Ta 4
‑
8，W 2
‑
6，Zr 0.05
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0.2，Co为余量。2.根据权利要求1所述的优异高温拉伸性能的γ
’
相强化钴基高温合金，其特征在于，合金可在铸态下直接使用，热处理制度为1200
‑
1280℃固溶4
‑
12h+900
‑
950℃时效16
‑
100h+750℃时效16
‑
50h。3.根据权利要求1所述的优异高温拉伸性能的γ
’
相强化钴基高温合金，其特征在于，热处理制度为1200℃固溶12h+900℃时效72h+750...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，刘杨，王宏伟，宋秀，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：