含镍合金、其制造方法和由其得到的制品技术

本发明专利技术公开一种含镍合金。所述合金包含约１．５％重量至约４．５％重量铝、约１．５％重量至约４．５％重量钛、约０．８％重量至约３％重量铌、约１４％重量至约２８％重量铬、至多约０．２％重量锆、约１０至约２３％重量钴、约１％重量至约３％重量钨、约０．０５％重量至约０．２％重量碳、约０．００２％重量至约０．０１２％重量硼和约４０％重量至约７０％重量镍。铝与钛的原子比为至少约０．５。所述合金也基本不含钽。本发明专利技术还公开相关的方法和制品。

【技术实现步骤摘要】
含镍合金、其制造方法和由其得到的制品本申请为2003年9月30日提交的美国专利申请10/675，367 (Liang Jiang等人) 的部分继续申请。序号为10/675,367的申请在与本文所述内容一致的范围通过引用结合 到本文中。
本公开涉及含镍合金、其制造方法和由其得到的制品。技术背景适用于涡轮机喷嘴和翼片应用的高温合金通常显示高温强度、耐腐蚀性和例如可 铸性和可焊性的性能。遗憾的是，优化一种性能的方法通常降低另一种性能。合金设计过 程通常导致为了满足部件设计的不同需要在达到最佳全面性能组合方面作出折衷。在此设 计过程中，很少能使任何一种性能达到最高程度。相反，通过研究平衡的化学组成和适合的 热处理，可达到所需性能的最佳折衷。已发现含钴合金用于第一级涡轮机喷嘴应用，尽管它们对热疲劳断裂具有敏感 性。接受这些合金的原因是它们可轻易地修复焊接。然而，在后级喷嘴中，已发现钴基合金 蠕变限于喷嘴下游蠕变可导致涡轮机隔膜间隙不可接受地减小的点。虽然对于这些后级喷 嘴应用具有足够抗蠕变强度的钴基合金可用，但它们不具有所需的可焊性。因此，需要发现 其他合金，这些合金显示抗蠕变性、耐热腐蚀性、可铸性和可焊性，并可用于第一级和后级 涡轮机喷嘴应用。
技术实现思路
本专利技术公开一种含镍合金，所述含镍合金包含约1.5至约4. 5%重量铝；约1.5至约4. 5%重量钛；约0.8至约3%重量铌；约14至约重量铬；约10至约23%重量钴；约1至约3%重量钨；约0. 05至约0.2%重量碳；约0. 002至约0. 012%重量硼；和约40至约70%重量镍，其中铝与钛的原子比大于约1. 0 ；并且其中所述合金基本不含钽。本专利技术的其他实施方案涉及制造制品的方法，包括铸造具有例如本文所述组成的 合金；还涉及由这些合金组合物得到的制品。附图说明图1为在871°C温度经受15ksi恒定应力的两个样品的应变-时间的图示。图2为图示了不同合金组合物的时间-蠕变应变关系。具体实施方式本专利技术公开一种用于涡轮机应用的含镍合金。这种含镍合金可有利地用于第一级 和后级涡轮机喷嘴应用两者，并且可用于涡轮机的大叶片。所述含镍合金包含镍、铬、钴、 钨、铝、钛、铌和其他必要元素。具体地讲，与其他类似合金比较而言，所述含镍合金具有独 特的铝和钛浓度组合。这导致减少或消除具有六角形晶体结构和SM3Ti的不合乎需要相 (例如η相)的存在，其中M为镍或镍的合金，如镍-钴等。这减少Ii相，促进抗蠕变性提 高，并使合金在高温下冶金学稳定，例如高于600°c。通常，η相以小于约5%体积，通常小 于约2%体积的量存在。在一些优选的实施方案中，η相以小于约0.5%体积的量存在，例 如所述合金基本不含n相。用于本专利技术的实施方案的含镍合金还包含通常约14%重量至约重量的铬， 在优选的实施方案中，约14%重量至约重量(更具体的范围在下文中描述)。另外，在优选的实施方案中，所述镍合金必须包含核心副族元素，铝、钛和铌。如 以下进一步描述，本文所述量的这些元素通过存在Y'相为组合物提供一些关键的增强机 制。可加入到含镍合金的任选的金属为钴、碳、锆、钨、硼、铪、铼、钌、钼或包含至少一 种前述金属的组合。在一些优选的实施方案中，所述合金必须至少包含本文所述量的锆、钴 和钨作为额外成分。在其他优选的实施方案中，所述合金组合物必须包含硼和碳。在一个实施方案中，所述含镍合金包含含镍合金的约2至约9%重量的铝和钛。在 此范围内，可使用含镍合金的大于或等于约2. 5%重量的铝与钛组合的量，优选大于或等于 约3. 0%重量，更优选大于或等于约4%重量。含镍合金的小于或等于约8. 8%重量，优选小 于或等于约8. 6%重量，更优选小于或等于约8. 0%重量也合乎需要地在此范围内。含镍合金中铝含量为含镍合金的约1. 5至约4. 5%重量。铝的优选值大于或等于 约1.6%，大于或等于约1.7%更优选。铝的优选值小于或等于约4. 00%，更优选小于或等 于约3%，甚至更优选小于或等于约2. 5%重量。含镍合金中钛含量为含镍合金的约1. 5至 约4. 5%重量。钛的优选值大于或等于约1. 65%，更优选大于或等于约2%，甚至更优选大 于或等于约2. 25%重量。钛的优选值小于或等于约4%，更优选小于或等于约3. 5%，甚至 更优选小于或等于约3%重量(铝和钛的相对量基于下面提到的这两种元素的比例)。在本专利技术的实施方案中，含镍合金中铝与钛的原子比必须为至少约0.5。在一些非 常优选的实施方案中，铝与钛的原子比大于约1. 0。在此范围内的铝与钛的原子比通常使得 耐热腐蚀性、可焊性和可铸性得以改进。在另一个实施方案中，需要将含镍合金中存在的铝、钛和铌的总量控制在约2至 约13%重量，这有效保持γ ‘相。Y'相的优选值为15至45%体积。在高温含镍合金中 的强度通常由数个不同的机制得到，例如Y'相的析出强化、固溶体强化和晶界的碳化物 强化。(Λ')相由组成。在这些机制中，Y'相的析出强化是含镍合金的 主要强化机制。为了达到燃气涡轮机喷嘴和翼片应用的合金性质的最佳折衷，主要析出强化元素 (即钛、铝和铌)的含量保持在含镍合金的约2至约13%重量。在此范围内，通常需要使钛、 铝和铌的量大于或等于含镍合金的约4. 35%重量，优选大于或等于约4. 5%重量，更优选 大于或等于约4. 75%重量。含镍合金的小于或等于约11. 5%重量，优选小于或等于约11% 重量，更优选小于或等于约10%重量的量也合乎需要地在此范围内。通过使铝、钛和铌的量 保持在前述限度内，可达到抗蠕变性和可焊性之间的良好平衡。另外，已小心平衡和控制碳 和锆的量(存在时)，以提高含镍合金的可铸性。在另一个实施方案中，所述含镍合金不含钽。虽然钽可能是各种镍基合金中的重 要成分，但在本专利技术的大多数实施方案中其存在不合乎需要。无钽存在可非常显著地改善 抗蠕变强度，如本公开的实施例中所述。另外，在很多情况下，存在作为相对较密元素的钽 会不必要地增加由合金制成的部件的重量，并且在部件(如飞机涡轮机部件)中过大的重 量可能成为问题。另外，为相对昂贵元素的钽也可不必要地增加合金组合物的成本。对于本专利技术的大多数实施方案，通常需要使铌以含镍合金的至多约3%重量的量 存在。在此范围内，可使用小于或等于约2. 5%重量的量，优选小于或等于约2.0%重量，更 优选小于或等于约1. 75%重量。铌的示例值为含镍合金的约1. 35%重量。铬通常以含镍合金的约14至约重量存在。在此范围内，有时(但不总是)需 要使用含镍合金的大于或等于约16%重量的铬，优选大于或等于约17%重量，更优选大于 或等于约20%重量。含镍合金的小于或等于约27%重量，优选小于或等于约重量，更 优选小于或等于约25%重量的量也合乎需要地在此范围内。铬的示例量为全部含镍合金的 约22至约23%重量。在所述合金中，镍以合金的约40至约70%重量存在。在此范围内，通常需要使用 含镍合金的大于或等于约43%重量的镍，优选大于或等于约44%重量，更优选大于或等于 约46%重量。含镍合金的小于或等于约65%重量，优选小于或等于约60%重量，更优选小 于或等于约55%重量的量也合乎需要地在此范围内。镍的示例量为含镍合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含镍合金，所述含镍合金包含：约１．５至约４．５％重量铝；约１．５至约４．５％重量钛；约０．８至约３％重量铌；约１４至约２８％重量铬；约１０至约２３％重量钴；约１至约３％重量钨；约０．０５至约０．２％重量碳；约０．００２至约０．０１２％重量硼；和约４０至约７０％重量镍，其中铝与钛的原子比大于约１．０；并且其中所述合金基本不含钽。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：L蒋，JC赵，冯干江，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]