一种高温完全抗氧化镍基单晶合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及完全抗氧化型镍基单晶高温合金及热处理等领域，特别是一种高温完全抗氧化镍基单晶合金及其制备方法。合金成分（重量百分比）：Ｃ　０．０１～０．０８，Ｃｒ　８．０～１０．０，Ａｌ　５．０～６．０，Ｃｏ　２．５～８．５，Ｔｉ　１．０～３．０，Ｎｂ　０．２～１．８，Ｗ　８．０～１１，Ｔａ　２．０～３．５，Ｎｉ余。其制备方法包括：在单晶生长炉温度梯度范围４０Ｋ／ｃｍ～８０Ｋ／ｃｍ，浇注温度１４８０～１５８０℃，模壳温度与浇注温度保持一致；单晶生长速率为４～８ｍｍ／ｍｉｎ范围内制备单晶叶片或试棒。之后，经固溶均匀化处理、高温时效处理和低温时效处理，使本发明专利技术合金具有高的持久强度极限和蠕变极限。在１０４０℃使用温度下１００小时的持久强度≥１６５ＭＰａ；高温抗氧化及抗热腐蚀性能好，即热稳定好。热处理窗口宽，固溶处理易于控制。采用该工艺制备单晶，生产效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及完全抗氧化型镍基单晶高温合金及热处理等制备领域，特别提供了一 种低成本、高温完全抗氧化、中高温持久强度高、含铌的镍基单晶高温合金涡轮工作叶片材 料，以及该合金优化的热处理制度等制备方法。
技术介绍
镍基高温合金是迄今性能最为优越，用途最为广泛。该合金使用温度的上限已接 近于合金的熔点，但仍是目前先进发动机中承受温度最高，应力载荷最大的关键部件的首 选材料。为了满足设计高性能航空发动机的需求，多年来各国十分重视镍基单晶高温合金 的研制和开发。80年代以来，单晶高温合金一直沿着其独特的道路发展。随着合金设计理 论水平的提高和生产工艺的改进，相继出现耐温能力比第一代单晶合金分别约高30°C和 60°C的第二代单晶合金和第三代单晶合金，第二代单晶高温合金的代表有PWA1484、CMSX-4 等，第三代单晶高温合金的代表有CMSX-10、CMSX-IUReneNB等。研究表明，第三代单晶高 温合金CMSX-10的蠕变断裂性能比第二代单晶合金CMSX-4大约高30°C，其使用温度峰值可 达1204°C左右，而CMSX-4合金的最高使用温度约为1163°C，同时CMSX-10合金还具有十分 明显的蠕变强度优势。近年来出现的第四代单晶合金RR3010的承温能力达到1180°C，用在 英国RR公司最新的Trent发动机上。美国从70年代后期起，陆续在10余种发动机上进行了单晶涡轮叶片的试车试飞 考验，并将PWA1480合金涡轮叶片装在PWA2037发动机高压涡轮叶片投入航线使用。作为 波音767和空客A310飞机的动力装置，至1987年PWA1480合金单晶涡轮叶片已经在6种 商用和军用发动机中工作了超过300万小时，至1989年V2500试飞时单晶叶片已累计超过 了 1000万小时的工作时间。英国RR公司把单晶涡轮叶片列为该公司提高部件效率的十项技术之一。在 RB211-600及RB211-524D的中压涡轮上采用单晶叶片，使叶片温度提高30 45°C以满足 增大推力的要求。在RB211-600发动机的高压涡轮上采用单晶气冷叶片，从而将燃气温度 提高 60-90°C。热处理对单晶合金的持久强度有明显的影响，因此必须仔细研究单晶合金的热处 理制度，以充分发挥合金的潜力。正确的热处理制度要使立方Y'相能获得理想的蠕变强 度，原因是要促进一个均勻的变形结构，以保证低的蠕变速率。当初始α共晶数量较 低时，热处理的效率显然要高些，例如在MC2单晶合金中，固溶处理只要在1300°C保温3小 时即可，第一代单晶高温合金除了 PWA1480外，都较容易均勻化处理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种完全抗氧化型低成本、中高温持久强度高的镍基单晶 高温合金涡轮工作叶片材料及该合金的热处理等制备方法。本专利技术的技术方案是一种高温完全抗氧化镍基单晶合金，包含合金成分(重量百分比)C 0. 01 0. 08，Cr 8. 0 10. 0，A15. 0 6. 0，Co 2. 5 8. 5，Ti 1. 0 3. 0，Nb 0. 2 1. 8，W8. 0 11. 0，Ta 2. 0 3. 5，Ni 余。本专利技术高温完全抗氧化镍基单晶合金的制备方法，在单晶生长炉温度梯度范围 40K/cm 80K/cm，浇注温度1480 1580°C，模壳温度与浇注温度保持一致，单晶生长速率 为3 Smm/min范围内，制备单晶叶片或试棒。本专利技术高温完全抗氧化镍基单晶合金的热处理制度如下(1)固溶均勻化处理，在1295 1305°C保温2 6小时，随后进行空冷至室温；(2)高温时效处理，在1050 1150°C保温1 6小时，随后进行空冷至室温；(3)低温时效处理，在850 890°C保温18 沈小时，随后进行空冷至室温。本专利技术具有如下优点1、本专利技术合金具有高的持久强度极限和蠕变极限，在1040°C使用温度下100小时 的持久强度彡165MPa。2、本专利技术合金高温抗氧化及抗热腐蚀性能好，即热稳定好。3、本专利技术合金拉伸和持久塑性好。4、本专利技术合金具有好的抗热疲劳及机械疲劳性能。 5、本专利技术合金热处理窗口宽，固溶处理易于控制。6、本专利技术合金具有良好的工艺性能，采用该合金制备单晶，生产效率高附图说明图1为实施例合金在900、1000和1100°C下的恒温氧化动力学曲线。图2为实施例合金的应力-寿命曲线。图3为温度对实施例单晶合金拉伸性能的影响。图4为实施例单晶合金与对比合金的20-900°C热疲劳裂纹扩展曲线。图5为实施例单晶合金与对比合金的20-1100°C热疲劳裂纹扩展曲线。具体实施例方式下面通过实例详述本专利技术。实施例1本实施例的合金成分见表1 表本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高温完全抗氧化镍基单晶合金，其特征在于：按重量百分比计，该单晶合金包含合金成分：Ｃ　０．０１～０．０８，Ｃｒ　８．０～１０．０，Ａｌ　５．０～６．０，Ｃｏ　２．５～８．５，Ｔｉ　１．０～３．０，Ｎｂ　０．２～１．８，Ｗ８．０～１１，Ｔａ　２．０～３．５，Ｎｉ余。

【技术特征摘要】
1.一种高温完全抗氧化镍基单晶合金，其特征在于按重量百分比计，该单晶合金包 含合金成分C 0.01 0.08，Cr 8.0 ΙΟ.Ο,ΑΙ 5.0 6.0，Co 2.5 8.5，Ti 1.0 3.0，Nb 0. 2 1. 8，W8. 0 11，Ta 2. 0 3. 5，Ni 余。2.按照权利要求1所述的高温完全抗氧化镍基单晶合金，其特征在于该单晶合金中， 7. Owt. % 彡 Al+Ti 彡 8. Owt. %。3.按照权利要求1所述的高温完全抗氧化镍基单晶合金，其特征在于该单晶合金中， Al/Ti之比大于2. 5 1。4.按照权利要求1所述的高温完全抗氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓峰，于金江，金涛，赵乃仁，王致辉，侯桂臣，管恒荣，胡壮麒，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]