【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料，具体涉及一种低成本低密度含氮低镍合金及其制备方法。
技术介绍
1、镍基高温合金以其优异的力学性能和承温能力成为先进航空发动机涡轮叶片的首选材料。在工作状态下，涡轮叶片受到高温沉积盐腐蚀和离心力拉伸的共同作用，高温拉伸与搞完熔盐腐蚀为其主要失效形式。因此，在保证强度的前提下控制合金密度、降低叶片及涡轮盘所受的离心力作用是高温合金研制过程中的一项重要目标。研制具备低成本低密度的镍基合金有助于丰富我国高温合金材料产品体系，满足不同类型发动机叶片的性能要求，为我国的航空发动机制造业发展提供支持。
2、氮和镍一样，同样是能够形成奥氏体并扩大相区的元素，且氮的能力远远大于镍。在双相不锈钢中，高温下氮稳定奥氏体的能力也比镍大。因为氮的奥氏体形成能力是镍的18倍。除此之外，氮元素可以提高钢的力学性能和耐高温腐蚀性能。
3、申请号201710306642.8的中国专利技术专利公开了一种裂纹敏感性低、低密度、高强度镍基高温合金，在高氮低镍不锈钢合金中加入钒元素，可增加氮溶解度，降低镍的用量，降低腐蚀速率及制作成本，为高氮钢的制备提供了一种新的思路。但是，该镍基高温合金虽然可以达到低密度的要求，但是设计成本较高，且该方案是为解决具有低密度且高温力学性能优异的合金，与本申请用于高温环境(高温腐蚀，高温拉伸)的低成本合金设计思路不同。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种低成本低密度含氮低镍合金及其制备方法，克服现有技术的不足。在航空发动机涡轮叶片领域，由
2、为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
3、技术方案之一：一种低成本低密度含氮低镍合金，其组成成分按重量百分比计如下：ni 40.0-43.0wt％、cr 20.0-23.0wt％、mn 1.3-2.5wt％、si 0.3-0.5wt％、mo 1.0-6.0wt％、cu 0.20wt％及以下、n 0.40-0.55wt％、nb 4.0-6.0wt％、w 4.0-5.0wt％、v0.07-0.10wt％、ti+al＝3.0wt％；ti/al＝1.0，其余为fe及不可避免杂质。
4、技术方案之二：一种低成本低密度含氮低镍合金，其组成成分按重量百分比计如下：ni 40.0wt％、cr 22.0wt％、mn 2.30wt％、si 0.40wt％、mo 3.50wt％、cu 0.20wt％、n0.40wt％、al 1.50wt％、ti 1.50wt％、nb 4.30wt％、w 4.00wt％、v 0.09wt％，其余为fe及不可避免杂质。
5、技术方案之三：一种低成本低密度含氮低镍合金，其组成成分按重量百分比计如下：ni 41.0wt％、cr 21.0wt％、mn 2.10wt％、si 0.30wt％、mo 5.50wt％、cu 0.10wt％、n0.45wt％、al 1.50wt％、ti 1.50wt％、nb 4.50wt％、w 4.30wt％、v 0.07wt％，其余为fe及不可避免杂质。
6、技术方案之四：一种低成本低密度含氮低镍合金，其组成成分按重量百分比计如下：ni 42.0wt％、cr 20.0wt％、mn 1.40wt％、si 0.35wt％、mo 4.50wt％、cu 0.06wt％、n0.50wt％、al 1.50wt％、ti 1.50wt％、nb 4.80wt％、w 4.50wt％、v 0.08wt％，其余为fe及不可避免杂质。
7、技术方案之五：一种低成本低密度含氮低镍合金，其组成成分按重量百分比计如下：ni 43.0wt％、cr 23.0wt％、mn 1.80wt％、si 0.50wt％、mo 3.20wt％、cu 0.12wt％、n0.53wt％、al 1.50wt％、ti 1.50wt％、nb 5.00wt％、w 5.00wt％、v 0.10wt％，其余为fe及不可避免杂质。
8、所述含氮低镍合金中，杂质的质量百分含量满足下述要求：o≤0.003％，s≤0.004％，p≤0.018％，pb≤0.0005％，bi≤0.00005％，sn≤0.001％。
9、技术方案之六：一种低成本低密度含氮低镍合金的制备方法，其具体操作步骤如下：
10、1)真空熔炼，将各种组分按比例熔炼成合金块，其中n元素是以mnn和crn的形式加入的，将真空感应炉熔炼抽真空至真空度小于10mpa后，加入金属粉末，再通入97％ar+3％n2的惰性气体，合金块的纯度均≥99.5％；
11、2)合金精炼，采用xkj-480精炼机对步骤1)所得合金块进行精炼处理，精炼温度为1600-1650℃，精炼时间为2-4min；
12、3)合金热处理，采用hvf700-q热处理设备对步骤2)中精炼后合金进行热处理，随炉升温至1420-1450℃，保温6-8h，冷却方式为空冷。
13、所述步骤1)中除mnn和crn以外，其他组成成分选择纯度在99.9％以上的mn、mo、cr、v、al、ti、nb和w合金粉末，所述合金粉末的目数为120目以下。
14、本专利技术技术方案是以inconel 625合金体系为基础，加入n元素来降低ni元素，并加入mo、mn、v、ti、al、nb、si、cu元素进行合金化，提高合金的高温力学性能和高温耐腐蚀蚀性能。目前我国制备的低镍合金存在，合金成分体系不完善，制备工艺落后，高温稳定性不足等问题。因此探索低镍合金体系及制备方法是当前的首要任务。从单个元素作用而言，n是强奥氏体形成元素，对稳定奥氏体的能力远高于ni元素。合金增加n的含量可以扩大奥氏体相区。n能与亲c元素优先反应，降低合金的碳扩散层的宽度。传统的奥氏体合金为了获得单一奥氏体组织，尽可能的提高ni元素含量。但是ni元素价格居高不下，因此在生产中常采用n元素替代ni元素来保障奥氏体的性能。n在奥氏体组织中可以产生强烈的固溶强化效果，可弥补合金因碳元素减少而导致强度降低的损失。研究表明，平均每增加0.01％的n含量就能使奥氏体强度提高11mpa。在高温环境下服役，n和nb元素形成的nb(n，c)和nbcrn细小强化相分布在晶内。这些沉淀相成为m23c6形核质点，有效地缓解晶界上贫铬的倾向，提高抗晶间腐蚀的能力。在fe-cr-ni合金中，n、c元素对σ相的析出影响是相似的，均能减弱σ相的析出速度。此外，n可以作为替换ni元素达到节省成本的作用，同时由于ni的密度较大，降低合金中ni的含量之后，合金的密度下降，能更好的适应于涡轮叶片。n还可以抑制马氏体和形变马氏体的激活能，使合金获得单一的奥氏体组织且保证组织的稳定性。n在合金中其他元素形成弥散分布的氮化物，如：c本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低成本低密度含氮低镍合金，其特征在于，其组成成分按重量百分比计如下：Ni40.0-43.0wt％、Cr 20.0-23.0wt％、Mn 1.3-2.5wt％、Si 0.3-0.5wt％、Mo 1.0-6.0wt％、Cu 0.20wt％及以下、N 0.40-0.55wt％、Nb 4.0-6.0wt％、W 4.0-5.0wt％、V 0.07-0.10wt％、Ti+Al＝3.0wt％；Ti/Al＝1.0，其余为Fe及不可避免杂质。
2.一种低成本低密度含氮低镍合金，其特征在于，其组成成分按重量百分比计如下：Ni40.0wt％、Cr 22.0wt％、Mn 2.30wt％、Si 0.40wt％、Mo 3.50wt％、Cu 0.20wt％、N0.40wt％、Al 1.50wt％、Ti 1.50wt％、Nb 4.30wt％、W 4.00wt％、V 0.09wt％，其余为Fe及不可避免杂质。
3.一种低成本低密度含氮低镍合金，其特征在于，其组成成分按重量百分比计如下：Ni41.0wt％、Cr 21.0wt％、Mn 2.10wt％、Si 0.30wt％、Mo 5.5
4.一种低成本低密度含氮低镍合金，其特征在于，其组成成分按重量百分比计如下：Ni42.0wt％、Cr 20.0wt％、Mn 1.40wt％、Si 0.35wt％、Mo 4.50wt％、Cu 0.06wt％、N0.50wt％、Al 1.50wt％、Ti 1.50wt％、Nb 4.80wt％、W 4.50wt％、V 0.08wt％，其余为Fe及不可避免杂质。
5.一种低成本低密度含氮低镍合金，其特征在于，其组成成分按重量百分比计如下：Ni43.0wt％、Cr 23.0wt％、Mn 1.80wt％、Si 0.50wt％、Mo 3.20wt％、Cu 0.12wt％、N0.53wt％、Al 1.50wt％、Ti 1.50wt％、Nb 5.00wt％、W 5.00wt％、V 0.10wt％，其余为Fe及不可避免杂质。
6.根据权利要求1-5中任一种所述的低成本低密度含氮低镍合金，其特征在于，所述含氮低镍合金中，杂质的质量百分含量满足下述要求：O≤0.003％，S≤0.004％，P≤0.018％，Pb≤0.0005％，Bi≤0.00005％，Sn≤0.001％。
7.一种低成本低密度含氮低镍合金的制备方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：
8.根据权利要求7所述的一种低成本低密度含氮低镍合金的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中除MnN和CrN以外，其他组成成分选择纯度在99.9％以上的Mn、Mo、Cr、V、Al、Ti、Nb和W合金粉末，所述合金粉末的目数为120目以下。
...【技术特征摘要】
1.一种低成本低密度含氮低镍合金，其特征在于，其组成成分按重量百分比计如下：ni40.0-43.0wt％、cr 20.0-23.0wt％、mn 1.3-2.5wt％、si 0.3-0.5wt％、mo 1.0-6.0wt％、cu 0.20wt％及以下、n 0.40-0.55wt％、nb 4.0-6.0wt％、w 4.0-5.0wt％、v 0.07-0.10wt％、ti+al＝3.0wt％；ti/al＝1.0，其余为fe及不可避免杂质。
2.一种低成本低密度含氮低镍合金，其特征在于，其组成成分按重量百分比计如下：ni40.0wt％、cr 22.0wt％、mn 2.30wt％、si 0.40wt％、mo 3.50wt％、cu 0.20wt％、n0.40wt％、al 1.50wt％、ti 1.50wt％、nb 4.30wt％、w 4.00wt％、v 0.09wt％，其余为fe及不可避免杂质。
3.一种低成本低密度含氮低镍合金，其特征在于，其组成成分按重量百分比计如下：ni41.0wt％、cr 21.0wt％、mn 2.10wt％、si 0.30wt％、mo 5.50wt％、cu 0.10wt％、n0.45wt％、al 1.50wt％、ti 1.50wt％、nb 4.50wt％、w 4.30wt％、v 0.07wt％，其余为fe及不可避免杂质。
4.一种低成本低密度含氮低镍合金，其特征在于，其组成成分按重量百分比...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏允海，杨太森，杨志鑫，冯烁，
申请(专利权)人：沈阳盛科海创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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