通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法技术

本公开提供了一种通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法，其中，改性的高温合金包括：改性的IN939高温合金；改性的IN939高温合金中的碳含量为0.13

【技术实现步骤摘要】
通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法


[0001]本公开属于高温合金铸造领域，尤其涉及一种通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法。

技术介绍

[0002]近年来，先进航空发动机推重比和热效率的不断提高，航空发动机中高温合金关键热端部件的结构朝着整体、薄壁空心方向发展，而且正逐步向结构承载方向发展，这些都要求构件具有更好的尺寸稳定性、更优异的疲劳性能和使用寿命。因此，这些新需求对铸件的良好成型与组织控制方面提出了更高的要求。然而，由于现有的铸件尺寸相对较大、壁厚较薄且高温合金凝固区间较宽，使得铸件通常容易形成欠铸和缩孔等铸造缺陷，成为航空工业急需解决的重要问题。

技术实现思路

[0003]针对上述技术问题，本公开提供了一种通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法，以期至少部分地解决上述技术问题。
[0004]为了解决上述技术问题，作为本公开的一个方面，提供了一种通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金，其中，上述改性的高温合金包括：改性的IN939高温合金；
[0005]上述改性的IN939高温合金中的碳含量为0.13
‑
0.19％。
[0006]根据本公开的实施例，上述改性的IN939高温合金中的组分包括：Cr为22.24％，Co为18.73％、W为1.97％、Nb为0.89％、Ta为1.24％、Ti为3.66％、Al为1.90％、Mo为0.0063％、P为0.0015％、Mn为0.0035％、C为0.13
‑
0.19％、Zr为0.006％、B为0.0042％、Hf为0.019％、V为0.006％、Fe为0.030％、杂质≤0.01％、余量为Ni，其中，各组分的百分比为质量百分比。
[0007]根据本公开的实施例，在浇注温度为1450℃和模壳温度为900℃条件下进行的流动性测试中，上述改性的IN939高温合金的流线长度包括：423mm
‑
540mm。
[0008]根据本公开的实施例，上述改性的IN939高温合金的液相线温度大于1330℃，上述改性的IN939高温合金使用的工作温度包括0
‑
870℃。
[0009]作为本公开的另一个方面，本公开还提供了一种通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金的方法，包括：
[0010]将碳粉末和未改性的高温合金放入至真空感应熔炼炉中进行熔炼，得到改性的高温合金；
[0011]其中，未改性的高温合金包括：未改性的IN939高温合金。
[0012]根据本公开的实施例，上述未改性的IN939高温合金与上述碳粉末的质量比包括：200：3
‑
17。
[0013]根据本公开的实施例，上述未改性的IN939高温合金中的组分包括：
[0014]Cr为22.24％，Co为18.73％、W为1.97％、Nb为0.89％、Ta为1.24％、Ti为3.66％、Al为1.90％、Mo为0.0063％、P为0.0015％、Mn为0.0035％、C为0.11％、Zr为0.006％、B为
0.0042％、Hf为0.019％、V为0.006％、Fe为0.030％、杂质≤0.01％、余量为Ni，其中，各组分的百分比为质量百分比。
[0015]根据本公开的实施例，上述熔炼的真空压力包括：6
×
10
‑2MPa。
[0016]根据本公开的实施例，上述熔炼的温度包括：1550
‑
1600℃。
[0017]根据本公开的实施例，上述熔炼的时间包括：10～30min。
[0018]基于上述技术方案，本公开提供的一种通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金及方法，至少包括以下之一的有益效果：
[0019](1)在本公开的实施例中，通过调控镍基铸造的IN939高温合金中碳组分含量来制备改性的IN939高温合金，利用碳元素可以改变高温合金熔体的结构，使得高温合金过冷度发生变化，进而影响γ枝晶的生长速率，使得γ枝晶搭接现象较晚出现，从而提高了改性的IN939高温合金的流动性。此外，减少氧化物夹渣和提高合金的纯净度，也有利于提高合金的流动性。在镍基铸造高温合金(未改性的IN939高温合金)中添加碳元素，可以借助碳沸腾处理使其在高温合金熔体中发生碳氧化反应，形成气态的CO进而去除氧，降低熔炼过程中氧化夹杂物的形成倾向，保证镍基铸造高温合金的纯洁度，提高合金的流动性。
[0020](2)在本公开的实施例中，在凝固过程中碳元素会偏聚到晶界，提高晶界的结合力。碳元素可以使碳化物的含量增加且呈小块状或颗粒状在晶界和晶界内沿晶界分布，可以钉扎晶界有效阻碍晶界的滑移变形，在塑性变形过程中可强化晶界、改善高温合金的持久寿命和拉伸性能。同时，在镍基铸造高温合金(未改性的IN939高温合金)中添加碳元素，还可以降低熔炼过程中氧化夹杂物的形成倾向，保证镍基铸造高温合金的纯洁度，减少高温合金在拉伸和持久变形中的裂纹源的产生，进而可以改善IN939高温合金的力学性能。
[0021](3)本公开提供了一种较为简单的方法来制备改性的镍基铸造的IN939高温合金，通过调控未改性的IN939高温合金中碳组分含量，可以实现在不降低合金力学性能的前提下，提高改性的IN939高温合金的流动性能。
附图说明
[0022]图1A是本公开对比例中未改性的IN939高温合金的实物图；
[0023]图1B
‑
E是本公开实施例中通过调控碳组分含量制备改性的IN939高温合金的实物图；
[0024]图2是本公开实施例1
‑
4中通过调控碳组分含量对制备改性的IN939高温合金粘度影响的效果图。
具体实施方式
[0025]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开作进一步的详细说明。
[0026]基于现有的铸件的尺寸相对较大、壁厚较薄且高温合金的凝固区间较宽，容易导致铸件存在欠铸和缩孔等铸造缺陷。通过对合金的流动性进行改进，可以保证在较低的铸造温度下实现合金良好的充型，有利于整个铸件的晶粒细化和服役性能的提高。
[0027]而合金的流动性主要受合金凝固的特征温度、物理性能和凝固方式的影响，通过调整合金中组分的含量可以改变其凝固的特征温度、物理性能和凝固方式，从而调节合金
的流动性。对于具有宽结晶温度区间的高温合金，如果在保证合金力学性能不降低的前提下，通过改变合金成分来提高其流动性，使铸件在凝固时产生的缩松和热裂得到合金液的补缩而弥合，对于较大型、复杂、薄壁铸件的成形质量和组织控制具有重要的意义。
[0028]碳元素作为一种晶界强化元素，适量的碳元素对高温合金的力学性能是有益的。如果能通过调控高温合金中碳元素的含量，在不影响高温合金的力学性能的前提下，提高合高温合金的流动性能，对于制造和使用大型、复杂、薄壁铸件的高温合金是十分重要的。虽然有研究表明适量的碳元素对铸铁和钢等材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过调控碳组分含量制备的改性的高温合金，其中，所述改性的高温合金包括：改性的IN939高温合金；所述改性的IN939高温合金中的碳含量为0.13
‑
0.19％。2.根据权利要求1所述的高温合金，其中，所述改性的IN939高温合金的组分包括：Cr为22.24％，Co为18.73％、W为1.97％、Nb为0.89％、Ta为1.24％、Ti为3.66％、Al为1.90％、Mo为0.0063％、P为0.0015％、Mn为0.0035％、C为0.13
‑
0.19％、Zr为0.006％、B为0.0042％、Hf为0.019％、V为0.006％、Fe为0.030％、杂质≤0.01％、余量为Ni，其中，各组分的百分比为质量百分比。3.根据权利要求1所述的高温合金，其中，在浇注温度为1450℃和模壳温度为900℃条件下进行的流动性测试中，所述改性的IN939高温合金的流线长度包括：423mm
‑
540mm。4.根据权利要求1所述的高温合金，其中，所述改性的IN939高温合金的液相线温度大于1330℃，所述改性的IN939高温合金使用的工作温度包括0
‑
870℃。5.一种通过调控...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，介子奇，郭敏，刘淼楠，刘鼎元，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：