一種鎳基耐高溫合金材料及其製備方法
2023-06-04 19:45:36 3
專利名稱：一種鎳基耐高溫合金材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及航空、航天、軍工、熱電廠等使用的發動機、燃氣輪機等高溫材料領域，具體涉及一種鎳基耐高溫合金材料及其製備方法。
背景技術：
高溫合金是現代發動機、火箭發動機以及燃汽輪機所必需的重要材料，從四十年代初至今已有七十多年的歷史。高溫合金的發展目標就是要提高使用溫度以滿足發動機效率和推力不斷提出的要求，而航空發動機用渦輪葉片材料的使用溫度每年以約8°C的速度穩定增長。Rene』 220合金是美國在N1-Cr-Fe基合金Inconel718基礎上研製的的一種N1-Cr-Co基耐高溫合金,與Inconel718相比,Rene』220合金中用Co代替Fe,增加了 Ta含量。由於新合金中去掉了 Fe，降低了有害相Laves的影響。而且用Co代替Fe後，合金的持久壽命得以很大提高。Ta的增加使合金·在時效中形成大量的析出強化相，彌補了由於去掉Fe而帶來的強度損失。Rene』 220合金的成分設計增加了強化相Y」的穩定性，承受高溫能力提高了 50°C，同時保持了與Inconel718同樣優秀的鑄造工藝和焊接工藝性能。這將滿足高性能航空發動機發展的要求，是鑄造Inconel718合金強有力的替代者。但是，Rene』 220合金的鑄造性能和高溫使用性能並不穩定，並不能完全滿足現代發動機、火箭發動機以及燃汽輪機的需求。
發明內容
本發明的目的是提供一種鎳基耐高溫合金材料，具有良好的鑄造工藝性能和高溫使用性能。本發明的另一目的是提供上述合金材料的製備方法，該方法簡單易行，得到的鎳基耐高溫合金材料具有良好的鑄造工藝性能和高溫使用性能。一種鎳基耐高溫合金材料，按照重量百分含量由下列物質組成:C 0.02-0.03%，Cr 18-19%, Co 12—13%，Nb 4.5-5.1 %, Mo 3.2-3.3%, Al 0.4-0.6%, Ti 0.8-1.2%, Ta
2.5-3.0%, B 0.008-0.011%，餘為 Ni。一種所述鎳基耐高溫合金材料的製備方法，包括如下步驟:
(O按照合金材料的組成配料；
(2)將配好的料放入真空感應爐中冶煉得到合金液；
(3)將合金液進行澆鑄，然後冷卻至室溫即得所述鎳基耐高溫合金材料。步驟(3)中澆鑄溫度為1380 — 1420°C，模溫 950 — 970°C。有益效果:
鎳基耐高溫合金材料中硼(B)的添加量對合金的凝固工藝性能有非常關鍵的影響，B含量越低，終凝溫度一般也越高。合金材料中B含量為0.008-0.011%時，合金材料的最終凝固的溫度範圍為1100-1120°C。如B含量為0.008%時，終凝溫度為1110溫度。當終凝溫度為1100-1120°C，合金在最終凝固階段有很好的補縮，最終的組織中縮孔少，具有良好的鑄造工藝性能；同時這個終凝溫度不影響合金的高溫使用性能，對合金固溶過程也有促進作用。本發明鎳基耐高溫合金材料的製備方法，簡單易行，得到的鎳基耐高溫合金材料具有良好的鑄造工藝性能和高溫使用性能。
圖1是合金材料I的金相組織圖。圖2是合金材料2的金相組織圖。
具體實施例方式實施例1
配方I的成分及其重量百分含量:c 0.03%, Cr 18.8%, Co 12%, Nb 5.0%, Mo 3.2%, Al0.5%, Ti1.0%, Ta 3.0%, B 0.003%，餘為 Ni。按照配方I配好料後，放入25Kg真空感應爐中，冶煉得到合金液。將合金液進行澆鑄，澆鑄溫度為1390°C，模溫960°C，約在10分鐘內冷卻至室溫，得到合金材料I。將合金材料I放入真空感應爐中，加熱到1400 °C保溫5分鐘後，隨爐冷卻至1140°C保溫10分鐘，水淬後組織觀察其金相組織，見圖1。從圖1可以看出，合金材料I的組織中主要有g基體、條狀的d相、塊狀的Laves相和少量殘餘液體組織L』。將合金材料I放入真空感應爐中，加熱至1400 °C保溫5分鐘後，隨爐冷卻至1130°C保溫10分鐘，水淬 後組織觀察，沒有發現液相組織。根據終凝溫度的定義，說明合金材料I的終凝溫度為1140°C。實施例2
配方2的成分及其重量百分含量:C 0.03%, Cr 18.8%, Co 12%, Nb 5.0%, Mo 3.2%, Al0.5%, Ti1.0%, Ta 3.0%, B 0.008%，餘為 Ni。按照配方2配好料，放入25Kg真空感應爐中冶煉，得到合金液。將合金液進行澆鑄，澆鑄溫度為1390°C，模溫960°C。約在10分鐘內冷卻至室溫，得到合金材料2。將合金材料2放入真空感應爐中，加熱至1400 °C保溫5分鐘後，隨爐冷卻至iiicrc保溫 ο分鐘，水淬後組織觀察，發現有極少量的液體組織，見圖2.通過金相觀察，可以發現，合金材料2由液態冷卻到1110°C水淬後，組織主要有g基體、條狀的d中相、塊狀的Laves相和少量殘餘液體組織L』。將合金材料2放入真空感應爐中加熱至1400°C保溫5分鐘後隨爐冷卻至1100°C保溫10分鐘水淬後組織觀察，沒有發現液相組織。根據終凝溫度定義，可以確定合金的終凝溫度為1110°c。實施例3
配方3的成分及其重量百分含量:C 0.03%, Cr 18.8%, Co 12%, Nb 4.5%, Mo 3.2%, Al0.5%, Ti1.0%, Ta 3.0%, B 0.010%，餘為 Ni。按照配方3配好料後，放入25Kg真空感應爐中冶煉得到合金液。將合金液進行澆鑄，澆鑄溫度為1390°C，模溫960°C。約在10分鐘內冷卻至室溫，得到合金材料3。
將合金材料3放入真空感應爐中，加熱至1400°C保溫5分鐘，隨爐冷卻至1110°C保溫10分鐘，水淬後組織觀察，發現有極少量的液體組織。將合金材料3放入真空感應爐中加熱至1400°C保溫5分鐘，隨爐冷卻至1100°C保溫10分鐘，水淬後組織觀察，沒有發現液相組織。說明合金材料3的終凝溫度為1110°C。實施例4
配方4的成分及其重量百分含量:C 0.03%, Cr 18.8%, Co 12%, Nb 5.0%, Mo 3.2%, Al
0.5%, Ti1.0%, Ta 2.5%, B 0.011%，餘為 Ni。 按照配方4配好料後，放入25Kg真空感應爐中冶煉得到合金液。將合金液進行澆鑄，試棒澆鑄溫度為1390°C，模溫960°C。約在10分鐘內冷卻至室溫，得到合金材料4。將合金材料4放入真空感應爐中，加熱至1400 °C保溫5分鐘，後隨爐冷卻至1110°c，保溫10分鐘，水淬後組織觀察，發現有極少量的液體組織。將合金材料4放入真空感應爐中加熱至1400°C保溫5分鐘後隨爐冷卻至1100°C保溫10分鐘水淬後組織觀察，沒有發現液相組織。可以判斷合金材料4的終凝溫度為1110。。。實施例1 一 4說明當B添加量在0.008-0.011%，合金最終凝固的溫度範圍為1100-1120°C，合金具有高的凝固工藝性能，同時不影響高溫使用性能。
權利要求
1.一種鎳基耐高溫合金材料，按照重量百分含量由下列物質組成:C 0.02-0.03%，Cr18-19%, Co 12-13%, Nb 4.5-5.1%，Mo 3.2-3.3%, Al 0.4-0.6%, Ti 0.8-1.2%, Ta 2.5-3.0%,B 0.008-0.011%，餘為 Ni。
2.—種權利要求1所述鎳基耐高溫合金材料的製備方法，包括如下步驟: (O按照合金材料的組成配料； (2)將配好的料放入真空感應爐中冶煉得到合金液； (3)將合金液進行澆鑄，然後冷卻至室溫即得所述鎳基耐高溫合金材料。
3.根據權利要求2所述鎳基耐高溫合金材料的製備方法，其特徵在於步驟(3)中澆鑄溫度為 1380 - 142 0°C，模溫 950 — 970°C。
全文摘要
本發明提供鎳基耐高溫合金材料及其製備方法，涉及高溫材料領域。所述鎳基耐高溫合金材料，按照重量百分含量由下列物質組成C0.02-0.03%，Cr18-19%，Co12-13%，Nb4.5-5.1%，Mo3.2-3.3%，Al0.4-0.6%，Ti0.8-1.2%，Ta2.5-3.0%，B0.008-0.011%，餘為Ni。其製備方法為按照合金材料的組成配料；將配好的料放入真空感應爐中冶煉得到合金液；將合金液進行澆鑄，然後冷卻至室溫即得所述鎳基耐高溫合金材料。本發明鎳基耐高溫合金材料，具有良好的鑄造工藝性能和高溫使用性能，其製備方法簡單易行。
文檔編號C22C19/05GK103074525SQ20131006092
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月27日 優先權日2013年2月27日
發明者王玲, 婁琅洪, 蘇靜, 於永泗, 朱耀宵 申請人:南京信息工程大學