【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高温合金材料设计和制备，特别涉及一种具有优异高温强度的钴基高温合金及其制造方法。
技术介绍
1、在高温合金材料设计、制备及应用
，目前实际应用的铁基、镍基和钴基三大高温合金体系中，传统钴基高温合金以co-ni-cr为基体，加入大量以w为主的固溶强化元素进行固溶强化，并以碳化物进行析出强化。因此，钴基高温合金熔化温度高，抗氧化耐腐蚀性能优异，持久曲线(l-m曲线)平缓，抗冷热疲劳性能和焊接性能良好，非常适于制造航空发动机的涡轮导向叶片等关键部件。
2、然而，由于缺乏γ′相强化机制，仅依靠固溶强化和碳化物强化的传统钴基高温合金在更高温度(>800℃)下的工程应用受到严重限制。近年来，研究人员在co-al-w基合金体系中发现了γ′溶解温度达到990℃的γ′-co3(al,w)相，比γ′-co3ti和co3ta提高了250℃左右，预示着γ′相强化钴基高温合金体系有望实现高承温能力和高环境抗力的结合。2014年在法国举行的欧洲高温合金大会上，将γ′相强化钴基高温合金列为高温合金材料技术未来发展的七大趋势之一。
3、随着航空发动机和地面燃机的持续发展，对其关键热端部件的环境抗力和承温能力的要求越来越高，γ′相强化钴基高温合金在抗热腐蚀性能和熔化温度等方面较镍基高温合金具有优势。为了促进该类合金的发展，需要综合考虑合金的组织稳定性、力学性能、密度等多项工程应用关键指标的合金设计与优化方法，从而加速钴基高温合金的工程应用进程，为我国航空航天、能源动力、交通运输等领域关键热端部件的自主研制提供材料
4、现有技术中，公开号为cn113699414b的专利技术专利提出一种优异高温拉伸性能的γ′相强化钴基高温合金。该专利合金成分含有ti：1～3wt.％，b：0.005～0.01wt.％，w：2-6wt.％，zr：0.05～0.2wt.％，采用的热处理制度为固溶+一级时效+二级时效处理，但是，其最终合金在800℃的屈服强度低于700mpa，因此尚无法满足先进航空航天高端装备的关键热端部件的更高需求。
5、公开号为cn108385010b的专利技术专利提出一种低密度、高组织稳定性的钴基高温合金及其制备方法。该专利合金成分含有y或ce或la：0.01～1at.％，fe：0～4at.％，hf：0.01～1at.％，nb：0～4at.％，采用的热处理制度为固溶+一级时效+二级时效处理，最终合金在700℃保持γ′和γ两相组织，室温维氏硬度468hv，然而该合金在高温条件下(800℃)的强度不足。
6、综合现有技术状况，目前高温条件下使用的钴基高温合金的显微组织主要为碳化物、γ′和γ相组织，该类合金在使用过程中存在高温强度不足，蠕变性能较低等问题，这是由于γ′相在高温条件下发生粗化以及其体积分数减少，导致高温强度明显降低。
7、目前，针对高性能钴基高温合金，获得更为优异的高温强度，是高端航空航天高温结构材料急需解决的技术难题。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种具有优异高温强度的钴基高温合金及其制备方法。
2、本专利技术的技术方案为：
3、具有优异高温强度的钴基高温合金，其技术关键是：其化学成分按质量百分比计包括以下成分：c：0.02～0.06％，ni：22.0～30.0％，al：2.0～4.0％，ti：4.0～5.0％，cr：5.0～8.0％，mo：2.0～3.0％，ta：4.0～6.0％，w：8.0～10.0％，b：0.01～0.03％，其余为co和不可避免的杂质。
4、本专利技术还要求保护如前所述具有优异高温强度的钴基高温合金的制备方法，其技术关键是：其包括如下步骤：
5、步骤1，按具有优异高温强度的钴基高温合金的化学成分要求在真空电磁感应熔炼炉内进行冶炼，全程保护浇铸，最终得到钴基高温合金铸锭；
6、在步骤1中，所使用的原料为纯ni、纯al、纯w、纯ta、纯ti和纯co，其纯度各自独立地不低于99.9％；高温精炼技术参数包括：功率为15～25kw，熔炼温度为1470～1550℃，保温时间为25～35min；
7、步骤2，采用线切割将母合金铸锭冒口去除，同时对合金铸锭的表面进行磨光去掉表面氧化铁皮，随后在氩气保护下熔化合金铸锭，进行精密铸造，获得等轴晶试样件；
8、步骤3，对试样件进行固溶和时效热处理，得到所述高温强度优异的钴基高温合金；
9、所述热处理工艺包括：固溶处理，固溶温度1180～1210℃，保温4～8h，出炉后平均冷却速度为4～10℃/s；时效处理，时效温度880～920℃，保温15～20h，出炉后平均冷却速度为4～10℃/s。
10、进一步优选要求是：
11、在步骤2中，真空电磁感应熔炼炉的感应电源在感应加热钴基高温合金熔体的同时产生电磁搅拌作用，使得熔体中合金元素分布更加均匀，减少宏观偏析发生；
12、浇铸温度为1450～1500℃，熔炼保温时间为25～35min；
13、所述合金铸锭在全程保护浇铸成试样件过程中要求控制[o]<25ppm，[n]<10ppm，[s]<10ppm。
14、本专利技术的其他相关说明内容补充如下：
15、本专利技术从合金元素含量、精密铸造控制、固溶和时效热处理工艺优化与参数选择、微观组织控制等几个方面进行了大量且系统的试验研究，最终确定了可满足本专利技术目的合金元素配比及制备方案。在精密铸造工艺阶段对合金进行充分熔炼，浇铸过程中确保合金熔体均匀充型，并且控制冷却速率，目的是有效控制晶粒尺寸。合金的热处理工艺为固溶+时效热处理，合金在经过热处理后形成含量60％以上的γ′相。所形成的γ′相具有较高的热稳定性和力学性能：一方面，合金中γ′相在高温条件下不发生相变，热稳定性高；另一方面，合金中有大量γ′相存在，在高温变形过程中通过与位错相互作用显著提高了合金屈服强度。
16、本专利技术制备的高强度钴基高温合金中各合金成分作用机理如下(其中百分符号％代表质量百分比)：
17、ni：增加ni含量可以扩大γ′+γ两相区，γ′相体积分数增大，γ′相溶解温度升高，促使γ/γ′两相的晶格参数和错配度减小，然而，过高的ni含量会导致χ-d019相的析出以及γ′相体积分数减小，因此本专利技术ni含量控制在22.0～30.0％。
18、w：添加w元素不仅可以增强钴基合金的高温强度和抗氧化性，而且w元素与co形成具有l12结构的γ′相，提高γ′相稳定性和γ′相溶解温度，然而，过高的w含量会增加合金的密度，因此本专利技术w含量控制在8.0～10.0％。
19、al：添加al元素可以与co和w元素形成l12结构的γ′-co3(al,w)相，同时提高合金的抗氧化能力，阻碍氧元素继续向合金本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.具有优异高温强度的钴基高温合金，其特征在于：其化学成分按质量百分比计包括以下成分：
2.权利要求1所述具有优异高温强度的钴基高温合金的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：
3.按照权利要求2所述具有优异高温强度的钴基高温合金的制备方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.具有优异高温强度的钴基高温合金，其特征在于：其化学成分按质量百分比计包括以下成分：
2.权利要求1所述具有优异高温强度的钴基...
【专利技术属性】
技术研发人员：周成，孙逊，荆高扬，税国彦，马岚波，滕雨均，刘欢，郭新力，王涛，金磊，
申请(专利权)人：中国机械总院集团沈阳铸造研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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