消除原始顆粒邊界的鎳基粉末冶金高溫合金的製作方法

2023-04-24 01:09:16 1

專利名稱：消除原始顆粒邊界的鎳基粉末冶金高溫合金的製作方法
技術領域：
本發明屬於鎳基粉末冶金高溫合金技術領域，特別是涉及一種消除原始顆粒邊界的鎳基粉末冶金高溫合金。通過調整合金成分(加Hf)得到消除了 PPB (原始顆粒邊界)的鎳基粉末冶金高溫合金，適用於直接HIP (熱等靜壓)成形等離子旋轉電極法製備的高溫合金粉末製件。
背景技術：
採用粉末冶金技術生產的高溫合金具有晶粒細小、組織均勻、無宏觀偏析、熱加工性能和力學性能良好等優異特性，在航空航天領域先進發動機渦輪盤等熱端部件中有著廣泛應用。然而，直接熱等靜壓(HIP)成形的粉末高溫合金中會存在PPB問題，對合金的塑性和持久性能有著不利的影響，嚴重影響了合金的應用。目前，預防和消除PPB的措施主要是通過粉末除氣處理、預熱處理和改進熱等靜壓等工藝來實現的。此外，合金的化學成分對粉末冶金高溫合金的PPB也有重要的影響。FGH4096和FGH4097分別為我國研製的兩種牌號鎳基粉末冶金高溫合金[趙明漢，張繼，馮滌.高溫合金斷口分析圖譜.北京冶金工業出版社 2006]。

發明內容
本發明的目的在於提供一種消除原始顆粒邊界的鎳基粉末冶金高溫合金，通過調整合金成分(加Hf)來消除鎳基粉末冶金高溫合金中PPB，得到消除了 PPB的鎳基粉末冶金
向 fjnL 口 W. o本發明消除PPB的鎳基粉末冶金高溫合金，包括FGH4096和FGH4097，在此兩種合金在冶煉過程中另加入元素Hf，Hf加入量的質量百分數為0. 15-0. 9%。所述的FGH4096的化學成分質量百分數為Co 12. 5-13. 5%, Cr 15. 5-16. 5%, W
3.8-4. 2%, Mo 3. 8-4. 2%, Al 2. 0-2. 4%, Ti 3. 5-3. 9%, Nb 0. 6-1. 0%, C 0. 02-0. 05、餘量為Ni ；所述的FGH4097的化學成分質量百分數為Co 15. 0-16. 5%, Cr 8. 0-10. 0%, W
5.2-5. 9%, Mo 3. 5-4. 2%, Al 4. 8-5. 3%, Ti I. 6-2. 0%, Nb 2. 4-2. 8%, C 0. 02-0. 06、餘量為Ni。本發明所述的FGH4096合金Hf加入量的質量百分數優選0. 3-0. 6% ;所述的FGH4097合金Hf加入量的質量百分數為0. 15-0. 9%。加入元素Hf在粉末顆粒內部形成MC型碳化物，以減少在原始顆粒邊界析出，從而使直接熱等靜壓後的鎳基粉末冶金高溫合金進行標準熱處理後，消除鎳基粉末冶金高溫合金中的原始顆粒邊界，在力學性能上表現為改善了合金的缺口敏感性。 本發明的合金冶煉完成後成，採用等離子旋轉電極PREP法制粉，直接HIP成形，然後經過熱處理，用Kalling試劑(0.5g CuCl2+10ml HCl+10ml C2H5OH)在相同的腐蝕條件下，對上述加入元素Hf的鎳基粉末冶金高溫合金進行侵蝕和顯微組織觀察，合金加Hf後消除了 PPB，可使用於高性能長壽命航空發動機渦輪盤材料。


圖I為鎳基粉末冶金高溫合金Alloy-I中未加入Hf時PPB情況。圖2 為 Alloy-2 中含 0. 15%Hf 時 PPB 情況。圖3 為 Alloy-3 中含 0. 3%Hf 時 PPB 情況。圖4 為 Alloy-4 中含 0. 6%Hf 時 PPB 情況。圖5 為 Alloy-5 中含 0. 9%Hf 時 PPB 情況。 圖6為鎳基粉末冶金高溫合金Alloy-6中不含Hf時PPB情況。圖7 為 Alloy-7 中含 0. 3%Hf 時 PPB 情況。圖8 為 Alloy-8 中含 0. 6%Hf 時 PPB 情況。圖9為鎳基粉末冶金高溫合金光滑持久試樣圖。圖10為鎳基粉末冶金高溫合金缺口持久試樣圖。其中上述圖中金相照片的放大倍數均為100，箭頭所示為PPB。
具體實施例方式實施例I(I)鎳基粉末冶金高溫合金Alloy-I合金的化學成分(質量分數，%)為Co
15.97, Cr 8. 86, W 5. 54, Mo 3. 79, Al 4. 92, Ti I. 75、Nb2. 63、HfO、C 0.040、餘 Ni。(2)鎳基粉末冶金高溫合金Alloy-2化學成分(質量分數，%)為Co 15. 95、Cr8. 60、W5. 66、Mo 3. 81, Al 4. 94、Til. 74、Nb2. 60、HfO. 15、C 0. 046、餘 Ni。(3)鎳基粉末冶金高溫合金Alloy-3化學成分(質量分數，%)為Co 16. 06、Cr8. 82、W5. 54、Mo 3. 82, Al 5. 05、Til. 77、Nb2. 66、HfO. 3、C 0.041、餘 Ni。(4)鎳基粉末冶金高溫合金Alloy-4化學成分(質量分數，%)為Co 16.03、Cr8. 79, W5. 60, Mo 3. 83, Al 5. 07、Til. 77、Nb2. 67、HfO. 6、C 0.039、餘 Ni。(5)鎳基粉末冶金高溫合金Alloy-5化學成分(質量分數，％)為Co 16.08、Cr8. 80, W5. 6U Mo 3. 86, Al 5. 03、Til. 78、Nb2. 69、HfO. 9、C 0.041、餘 Ni。上述五種成分的合金經1200°C /130MPa/4h直接熱等靜壓成形後，進行相同的熱處理，然後分別取下金相和持久試樣(見圖9和10),金相試樣(IOmmX IOmmX IOmm)用Kalling試劑(0. 5gCuCl2+10ml HCl+10ml C2H5OH)在相同的腐蝕條件下進行侵蝕，用光學顯微鏡觀察顯微組織。從圖1-5可以看出，Alloy-I中含有PPB，Alloy2-Alloy5中沒有明顯的PPB0在650°C /1020MPa的試驗條件下對上述五種成分的鎳基粉末冶金高溫合金試樣(見圖9和圖10)分別進行光滑和缺口持久試驗。持久試驗結果在表I中給出，從表中可以看出，Alloy-I的缺口持久壽命低於光滑持久壽命，存在缺口敏感，而Alloy-2-Alloy-5的缺口持久壽命優於光滑持久壽命，改善了合金的缺口敏感性。表I五種成分合金的650°C /1020MPa光滑、缺口持久性能
權利要求
1.一種消除原始顆粒邊界的鎳基粉末冶金高溫合金，包括FGH4096和FGH4097，其特徵在於，FGH4096和FGH4097在冶煉過程中另加入元素Hf，Hf加入量的質量百分數為O.15-0. 9% ； 所述的FGH4096的化學成分質量百分數為Co 12. 5-13. 5%, Cr 15. 5-16. 5%, W3.8-4. 2%, Mo 3. 8-4. 2%, Al 2. 0-2. 4%, Ti 3. 5-3. 9%, Nb O. 6-1. 0%, C O. 02-0. 05、餘量為Ni ； 所述的FGH4097的化學成分質量百分數為Co 15. 0-16. 5%，Cr 8. 0-10. 0%，W5.2-5. 9%, Mo 3. 5-4. 2%, Al 4. 8-5. 3%, Ti I. 6-2. 0%, Nb 2. 4-2. 8%, C O. 02-0. 06、餘量為Ni。
2.根據權利要求I所述的消除原始顆粒邊界的鎳基粉末冶金高溫合金，其特徵在於，所述的FGH4096合金Hf加入量的質量百分數為O. 3-0. 6%。
3.根據權利要求I所述的消除原始顆粒邊界的鎳基粉末冶金高溫合金，其特徵在於，所述的FGH4097合金Hf加入量的質量百分數為O. 15-0. 9%。
全文摘要
一種消除原始顆粒邊界的鎳基粉末冶金高溫合金，屬於鎳基粉末冶金高溫合金技術領域，該合金包括FGH4096和FGH4097，此兩種合金在冶煉過程中另加入元素Hf，Hf加入量的質量百分數為0.15-0.9%。加入元素Hf在粉末顆粒內部形成MC型碳化物，以減少在原始顆粒邊界析出，從而使直接熱等靜壓後的鎳基粉末冶金高溫合金進行標準熱處理後，消除鎳基粉末冶金高溫合金中的原始顆粒邊界，在力學性能上表現為改善了合金的缺口敏感性。
文檔編號C22C19/05GK102676881SQ20121019365
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月12日 優先權日2012年6月12日
發明者劉建濤, 劉明東, 孫志坤, 張義文, 張國星, 張瑩, 賈建, 遲悅, 陶宇, 韓壽波 申請人:鋼鐵研究總院