镍基高温合金及其制备方法和结构件技术

本发明专利技术涉及镍基高温合金技术领域，尤其是涉及一种镍基高温合金及其制备方法和结构件。合金包括按质量百分数计的如下组分：Co 17%~22%、Cr 9%~13%、Ta 2.95%~3.95%、Al 2.5%~3.5%、Ti 2.5%~3.5%、W 2.1%~3.5%、Mo 2.1%~3.5%、Nb 1.65%~1.95%、Hf 0.2%~0.7%、C 0.03%~0.08%、B 0.01%~0.06%、Zr 0.03%~0.07%以及Ni。本发明专利技术的镍基高温合金在780℃的蠕变过程中，在一定位置产生特定的铃木气团，钉扎位错以提高抗蠕变能力，使用温度可提升至780℃以上，满足先进航空发动机对材料的要求。足先进航空发动机对材料的要求。足先进航空发动机对材料的要求。

【技术实现步骤摘要】
镍基高温合金及其制备方法和结构件


[0001]本专利技术涉及镍基高温合金
，尤其是涉及一种镍基高温合金及其制备方法和结构件。

技术介绍

[0002]高温合金因其在高温工作环境下的突出性能，被广泛应用于航空、航天发动机、舰船和工业用燃气轮机的核心热端部件，在现代航空发动机中的用量占到发动机质量的40%~60%。
[0003]涡轮前温度是发动机先进程度的一个重要指标，指的是燃烧后的高温高压气流进入涡轮机之前的温度。这个温度的数值越大，说明涡轮前气体的内能越高，同样流量的气体通过涡轮时能够做的功就越高，说明发动机的性能越好。提高涡轮前温度是增大发动机推力的一个重要技术手段，但对材料的性能提出了严苛的要求。高温高应力状态下，合金中位错运动变得容易，使合金发生变形、开裂等失效形式。现有的高温合金，使用温度不足，无法满足先进航空发动机对材料的要求（780℃以上）。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的在于提供镍基高温合金，以解决现有技术中存在的合金使用温度无法满足先进航空发动机的要求的技术问题。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供镍基高温合金的制备方法。
[0007]本专利技术的又一目的在于提供采用镍基高温合金制备的结构件。
[0008]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：镍基高温合金，包括按质量百分数计的如下组分：Co 17%~22%、Cr 9%~13%、Ta 2.95%~3.95%、Al 2.5%~3.5%、Ti 2.5%~3.5%、W 2.1%~3.5%、Mo 2.1%~3.5%、Nb 1.65%~1.95%、Hf 0.2%~0.7%、C 0.03%~0.08%、B 0.01%~0.06%、Zr 0.03%~0.07%以及Ni余量；其中，Nb与W的质量百分数之和为3.75%~5.2%。
[0009]在本专利技术的具体实施方式中，所述镍基高温合金中，Nb与W的质量百分数之和为4.1%~5.1%。
[0010]在本专利技术的具体实施方式中，所述镍基高温合金中，Ti、Nb和Ta的质量百分数之和为7.8%~9.3%。
[0011]在本专利技术的具体实施方式中，所述镍基高温合金中，Ti、Al、Nb和Ta的质量百分数满足：(Ti+Al)/(Nb+Ta)=1.1~1.3。
[0012]在本专利技术的具体实施方式中，所述镍基高温合金中，Cr、Co和Ni的质量百分数满足：Cr/(Co+Ni)=0.14~0.18。
[0013]在本专利技术的具体实施方式中，所述镍基高温合金还包括Mg和/或Ce。进一步的，所
述Mg的含量满足：＞0且≤0.01%；所述Ce的含量满足：＞0且≤0.01%。
[0014]在本专利技术的具体实施方式中，所述镍基高温合金，在780℃的蠕变过程中，在蠕变变形引入的微孪晶处具有含Cr和Co的铃木气团，在蠕变变形引入的超点阵层错中具有含Ta、Nb、W和Ti的铃木气团。
[0015]本专利技术还提供了上述任意一种所述镍基高温合金的制备方法，包括如下步骤：采用真空感应熔炼制备棒料；然后将所述棒料进行真空感应气雾化制得合金粉末；将所述合金粉末进行热等静压处理得到坯料；对所述坯料进行热挤压、锻造和热处理。
[0016]本专利技术还提供了结构件，主要由上述任意一种所述镍基高温合金制得。
[0017]在本专利技术的具体实施方式中，所述结构件包括涡轮盘。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术的镍基高温合金，利用Nb、W、Ti和Ta协同强化γ
ʹ
相，使微孪晶和超点阵层错处产生特定元素的铃木气团，钉扎位错从而提高抗蠕变能力；（2）本专利技术的镍基高温合金的使用温度可提升至780~830℃，满足先进航空发动机对材料的要求。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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。
[0020]图1为本专利技术实施例1提供的镍基高温合金1#持久断裂后的组织照片；图2为对比例1提供的镍基高温合金对比1#持久断裂后的组织照片；图3为本专利技术实施例1提供的镍基高温合金1#持久断裂后的变形超点阵层错图和层错附近化学成分的检测结果；图4为本专利技术实施例1提供的镍基高温合金1#持久断裂后的变形微孪晶图和微孪晶附近化学成分的检测结果；图5为本专利技术对比例1提供的镍基高温合金对比1#持久断裂后的变形超点阵层错图和层错附近化学成分的检测结果。
具体实施方式
[0021]下面将结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0022]镍基高温合金，包括按质量百分数计的如下组分：
Co 17%~22%、Cr 9%~13%、Ta 2.95%~3.95%、Al 2.5%~3.5%、Ti 2.5%~3.5%、W 2.1%~3.5%、Mo 2.1%~3.5%、Nb 1.65%~1.95%、Hf 0.2%~0.7%、C 0.03%~0.08%、B 0.01%~0.06%、Zr 0.03%~0.07%以及Ni余量；其中，Nb与W的质量百分数之和为3.75%~5.25%。
[0023]由于微孪生和位错攀移是高温合金蠕变过程中的主要机制，而抑制孪生或拖曳位错是本专利技术的基本机制。本专利技术的镍基高温合金，具有优异的抗蠕变能力，使用温度可提升至780℃以上。Nb、W、Ti和Ta可协同强化γ
ʹ
相，主要的强化方式在于，利用特定的Nb、W、Ti、Ta，以及Cr、Co，使微孪晶和超点阵层错处产生特定元素的铃木气团，钉扎位错从而提高抗蠕变能力。
[0024]其中，由于W扩散系数高，一旦在层错形成偏聚在高温下非常稳定，而Nb可以促进W在六方层错处发生偏聚。调控Nb和W的质量百分数之和为3.75%~5.25%，以保证超点阵层错铃木偏聚的稳定性。
[0025]此外，Ti、Nb和Ta的质量百分数之和控制在7.8%~9.3%之间，以保证γ
ʹ
相中Al和Ti亚点阵可以被Ta和Nb替换。
[0026]在本专利技术的镍基高温合金成分范围内，得到的合金将在不同位置产生不同元素偏聚的铃木气团，在780℃以上蠕变过程中可以在微孪晶得到稳定的富含Cr、Co的铃木气团，超点阵层错得到稳定的富含Ta、Nb、W、Ti的铃木气团。利用铃木效应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.镍基高温合金，其特征在于，包括按质量百分数计的如下组分：Co 17%~22%、Cr 9%~13%、Ta 2.95%~3.95%、Al 2.5%~3.5%、Ti 2.5%~3.5%、W 2.1%~3.5%、Mo 2.1%~3.5%、Nb 1.65%~1.95%、Hf 0.2%~0.7%、C 0.03%~0.08%、B 0.01%~0.06%、Zr 0.03%~0.07%以及Ni余量；其中，Nb与W的质量百分数之和为3.75%~5.25%。2.根据权利要求1所述的镍基高温合金，其特征在于，所述镍基高温合金中，Nb与W的质量百分数之和为4.1%~5.1%。3.根据权利要求1所述的镍基高温合金，其特征在于，所述镍基高温合金中，Ti、Nb和Ta的质量百分数之和为7.8%~9.3%。4.根据权利要求1所述的镍基高温合金，其特征在于，所述镍基高温合金中，Ti、Al、Nb和Ta的质量百分数满足：(Ti+Al)/(Nb+Ta)=1.1~1.3。5.根据权利要求1所述的镍基高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：张少明，毕中南，白佳铭，张明，刘建涛，
申请(专利权)人：钢铁研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：