一种耐高温镍基合金的制备方法

摘要

本发明公开了一种耐高温镍基合金的制备方法，所述镍基合金以重量百分数计由下列组分组成：Cr：26.0-28.0％，Co：5.3-5.7％，Mo：8.2-8.6％，W：2.4-2.8％，V：0.4-0.6％，Ta：3.8-4.2％，Al：5.6-6.0％，Ti：1.3-1.7％，Nb：2.1-2.5％，B：0.004-0.006％，0.1≤Cu≤0.4，0＜C≤0.08，0＜Si≤0.3，0＜Mn≤0.5，余量为Ni，所述制备方法为：按上述合金成分进行配料后，进行冶炼，控制真空度约0.01-0.1Pa，原料全部熔化后保持熔炼功率不变15-25分钟；提高真空度至约0.001-0.01Pa，在1650℃-1670℃精炼6-8分钟，调整成分使其符合要求；然后调整至约1600-1620℃浇注成锭；然后进行热处理，先将铸锭加热到约1250℃-1270℃，保温3h-5h，空冷至室温，再加热到约1140℃-1160℃下，保温3h-5h，空冷至室温；然后再加热到约1050℃-1070℃下，保温30h-36h，空冷至室温。

权利要求

1.一种耐高温镍基合金的制备方法，其特征在于，所述镍基合金以重量百分数计由下列组分组成：Cr：27.0％，Co：5.5％，Mo：8.4％，W：2.6％，V：0.5％，Ta：4.0％，Al：5.8％，Ti：1.5％，Nb：2.3％，B：0.005％，0.1≤Cu≤0.4，0

1060℃下，保温33h，空冷至室温。

说明书

一种耐高温镍基合金的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及合金金属领域，特别涉及一种耐高温镍基合金的制备方法。

背景技术

[0002] 高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。半个世纪以来，航空发动机涡轮前温度从40年代的730℃提高到1677℃。使用温度的提高对航空发动机材料提出了越来越苛刻的要求。镍基高温合金是迄今性能最为优越，用途最为广泛航空发动机材料。当前该合金使用温度的上限温度达到了
1200℃左右，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。

[0003] 镍基高温合金具有优异的抗高温氧化和高温腐蚀的性能。与铁基高温合金相比，镍基高温合金具有良好的导热性、较高的组织稳定性，可以固溶更多的元素而不产生有害相；镍基高温合金与钴基合金相比，具有比重轻、价格低、强度高和抗氧化性好的特点。此外，镍基高温合金还具有优良的可铸性与高温持久性能。

[0004] 决定镍基高温合金优异性能的是其沉淀析出的面心立方金属间化合物γ′相(Ni3Al)强化。有些合金如In718还有序体心四方γ″(Ni3Nb)强化。一般的钴基高温合金由于缺乏γ′相的强化作用，仅靠固溶强化和碳化物强化，因此一般难以达到镍基高温合金的强度水平。

[0005] 镍基高温合金通过适当调节合金成分，可以使合金不但具有钴基合金无法比拟的高温强度，而且还具有较高的初熔温度、较好的冷热疲劳性能、较高的塑性和韧性，较高的抗氧化和耐腐蚀性，较低的密度，在航空发动机很多部件上应用具有特殊的意义。

[0006] 国内用于航空发动机的镍基高温合金尽管已开发了很多，例如K403、K405、K441和K417G等合金，这些合金最大的缺点就是初熔温度及塑性与钴基高温合金相比相差较大，限制了这些合金的应用。金属间化合物虽然具有比重低和强度高的特点，但由于其塑性和抗氧化性较差，限制了其使用。所以就需要开发一种合金，要求具有高初熔温度、低密度、具有良好铸造性能、好的热疲劳性能和较高的抗高温氧化性能。

发明内容

[0007] 针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种有较高熔点能够长时间耐受1350℃以上高温的，且同时具有较好抗拉强度和屈服强度的镍基合金的制备方法。

[0008] 为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

[0009] 一种耐高温镍基合金的制备方法，所述镍基合金以重量百分数计由下列组分组成：Cr：26.0-28.0％，Co：5.3-5.7％，Mo：8.2-8.6％，W：2.4-2.8％，V：0.4-0.6％，Ta：3.8-4.2 ％，Al：5.6-6.0 ％，Ti：1.3-1.7 ％，Nb：2.1-2.5 ％，B：0.004-0.006 ％，0.1≤Cu≤0.4，0＜C≤0.08，0＜Si≤0.3，0＜Mn≤0.5，余量为Ni，所述制备方法为：
按上述合金成分进行配料后，进行冶炼，控制真空度约0.01-0.1Pa，原料全部熔化后保持熔炼功率不变15-25分钟；提高真空度至约0.001-0.01Pa，在1650℃-1670℃精炼6-8分钟，调整成分使其符合要求；然后调整至约1600-1620℃浇注成锭；然后进行热处理，先将铸锭加热到约1250℃-1270℃，保温3h-5h，空冷至室温；再加热到约1140℃-1160℃下，保温
3h-5h，空冷至室温；然后再加热到约1050℃-1070℃下，保温30h-36h，空冷至室温。

[0010] 铬能显著提高强度、硬度、耐磨性、抗氧化性、耐腐蚀性，可以作为耐高温合金材料的重要合金元素。

[0011] 本发明提供的合金中含有较高的Co、W、Mo、Ta等强化元素，使合金具有较好的高温持久性能和较高的高温强度。

[0012] 本发明加入适量的B和V可形成适量的弥散分布的碳化物，同时B可强化晶界，从而进一步提高镍基合金的高温性能。

[0013] 本发明通过使合金中含有较高的Al含量和适当的Ti含量，以保证合金良好的抗氧化性能和较高的室温和高温强度。

[0014] 本发明加入适当的Nb，可以抑制偏析，提高组织稳定性。

[0015] 本发明具有如下有益效果：

[0016] 1)如上所述，调整了合金的成分组成，在大量实验的基础上，确定了合金的组成元素以及各元素的含量，使得各元素的作用达到协同技术效果，特别是Co、W、Mo、Ta等提高高温性能的合金元素，其技术效果相互协同，使得合金的熔点可以超过1470℃，使得产品的耐高温、耐氧化性能明显得到了提高，可以长时间的工作在1350℃-1400℃的高温下。

[0017] 2)除耐高温外，合金元素配比的调整使得强度、韧性以及耐腐蚀性能等综合性能明显改善。

[0018] 3)针对成分调整，调整了制备工艺，特别是调整了热处理制度，配合成分调整使得合金设计性能得意良好的体现和发挥。

具体实施方式

[0019] 实施例一

[0020] 一种耐高温镍基合金的制备方法，所述镍基合金以重量百分数计由下列组分组成：Cr：26.0％，Co：5.7％，Mo：8.2％，W：2.8％，V：0.4％，Ta：4.2％，Al：5.6％，Ti：1.7％，Nb：2.1％，B：0.006％，0.1≤Cu≤0.4，0＜C≤0.08，0＜Si≤0.3，0＜Mn≤0.5，余量为Ni，所述制备方法为：按上述合金成分进行配料后，进行冶炼，控制真空度达0.01Pa，原料全部熔化后保持熔炼功率不变25分钟；提高真空度至0.001Pa，在1670℃精炼6分钟，调整成分使其符合要求；然后调整至1620℃浇注成锭；然后进行热处理，先将铸锭加热到1250℃，保温5h，空冷至室温；再加热到1140℃下，保温5h，空冷至室温；然后再加热到1050℃下，保温36h，空冷至室温。

[0021] 实施例二

[0022] 一种耐高温镍基合金的制备方法，所述镍基合金以重量百分数计由下列组分组成：Cr：28.0％，Co：5.3％，Mo：8.6％，W：2.4％，V：0.6％，Ta：3.8％，Al：6.0％，Ti：1.3％，Nb：2.5％，B：0.004％，0.1≤Cu≤0.4，0＜C≤0.08，0＜Si≤0.3，0＜Mn≤0.5，余量为Ni，所述制备方法为：按上述合金成分进行配料后，进行冶炼，控制真空度达0.1Pa，原料全部熔化后保持熔炼功率不变15分钟；提高真空度至0.01Pa，在1650℃精炼8分钟，调整成