一種鎳基高溫渦輪材料及其熔煉工藝的制作方法
【專利摘要】一種鎳基高溫渦輪材料，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)含有以下組分：C≤0.02%，Cr6.0～10.5%，Al5.0～6.0%，Mo5.0～7.5%，Nb3.0～5.0%，Ti≤0.3%，Zr0.2～0.5%，B≤0.005%，F(xiàn)e≤0.7，Mn≤0.3%，Si≤0.3%，Cu≤0.2%，Ni余量。本發(fā)明的鎳基高溫渦輪材料相比現(xiàn)有的K418B，碳含量進(jìn)一步降低，Mo、Nb、Zr等合金元素成分比例增加，Cr、Ti、B等合金元素成分比例降低，硬度適當(dāng)降低，合金的綜合力學(xué)性能增強(qiáng)，高溫低周疲勞強(qiáng)度更佳，同時(shí)保持良好的高溫抗氧化性能和穩(wěn)定的顯微組織，具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性。同時(shí)公開(kāi)了本發(fā)明材料涉及的熔煉工藝。
【專利說(shuō)明】一種鎳基高溫渦輪材料及其熔煉工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及耐高溫渦輪材料及其熔煉工藝，尤其涉及一種鎳基高溫渦輪材料及其熔煉工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]鎳基高溫合金是以鎳為基體(含量一般大于50%)在650~1000°C范圍內(nèi)具有較高的強(qiáng)度和良好的抗氧化、抗燃?xì)飧g能力的高溫合金，可用于制備鎳基高溫渦輪材料。鎳基高溫合金(以下簡(jiǎn)稱鎳基合金)是30年代后期開(kāi)始研制的。英國(guó)于1941年首先生產(chǎn)出鎳基合金Nimonic75 (Ni_20Cr_0.4Ti)；為了提高蠕變強(qiáng)度又添加鋁，研制出Nimonic80(N1-20Cr-2.5Ti_l.3A1)。美國(guó)于40年代中期，蘇聯(lián)于40年代后期，中國(guó)于50年代中期也研制出鎳基合金。鎳基合金的發(fā)展包括兩個(gè)方面:合金成分的改進(jìn)和生產(chǎn)工藝的革新。
[0003]50年代初，真空熔煉技術(shù)的發(fā)展，為煉制含高鋁和鈦的鎳基合金創(chuàng)造了條件。初期的鎳基合金大都是變形合金。50年代后期，由于渦輪葉片工作溫度的提高，要求合金有更高的高溫強(qiáng)度，但是合金的強(qiáng)度高了，就難以變形，甚至不能變形，于是采用熔模精密鑄造工藝，發(fā)展出一系列具有良好高溫強(qiáng)度的鑄造合金。60年代中期發(fā)展出性能更好的定向結(jié)晶和單晶高溫合金以及粉末冶金高溫合金。為了滿足艦船和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的需要，60年代以來(lái)還發(fā)展出一批抗熱腐蝕性能較好、組織穩(wěn)定的高鉻鎳基合金。
[0004]鎳基合金是高溫合金中應(yīng)用最廣、高溫強(qiáng)度最高的一類合金。其主要原因，一是鎳基合金中可以溶解較多合金元素，且能保持較好的組織穩(wěn)定性；二是可以形成共價(jià)有序的A3B型金屬間化合物([Ni3(Al, Ti)]相作為強(qiáng)化相，使合金得到有效的強(qiáng)化，獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強(qiáng)度；三是含鉻的鎳基合金具有比鐵基高溫合金更好的抗氧化和抗燃?xì)飧g能力。同時(shí)，不同的熔煉工藝制得的鎳基合金的性能也有較大區(qū)另O，為了獲得特定性能的或用途的鎳基合金，需要研究合適的合金及其熔煉工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種鎳基高溫渦輪材料，同時(shí)公開(kāi)了本發(fā)明鎳基高溫渦輪材料的熔煉工藝。本發(fā)明的鎳基高溫渦輪材料相比現(xiàn)有的K418B，碳含量進(jìn)一步降低，Mo、Nb、Zr等合金元素成分比例增加，Cr、T1、B等合金元素成分比例降低，硬度適當(dāng)降低，合金的綜合力學(xué)性能增強(qiáng)，高溫低周疲勞強(qiáng)度更佳，同時(shí)保持良好的高溫抗氧化性能和穩(wěn)定的顯微組織，具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性。
[0006]為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種鎳基高溫渦輪材料，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)含有以下組分:C ( 0.02%，例如為0.005%,
0.011%,0.016%,0.019%等，Cr6.0 ~10.5%，例如為 6.5%,7.2 %,7.9 %,8.5 %,9%,
9.7%等，A15.0 ~6.0%，例如為 5.2%、5.6%、5.9%等，Μο5.0 ~7.5%，例如為 5.3%,
5.7%,6.5%,6.9%,7.4%等，Nb3.0 ~5.0%，例如為 3.3%,3.8%,4.5%等，Ti ^ 0.3%,例如為 0.05%,0.15%,0.21%,0.26%等，Zr0.2 ~0.5%，例如為 0.23%,0.3%,0.35%,
0.42%,0.48%等，B ≤ 0.005%，例如為 0.001%,0.004%等，F(xiàn)e ≤ 0.7%，例如為 0.1%,
0.3%,0.6%等，Mn ( 0.3%，例如為 0.06%,0.11%,0.16%,0.25%等，Si ( 0.3%，例如為 0.06%,0.11%,0.16%,0.25%等，Cu ( 0.2%，例如為 0.06%,0.11%,0.16%,0.19%
等，Ni余量。
[0008]作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述的鎳基高溫渦輪材料，提高固溶強(qiáng)化元素Mo成分含量和沉淀強(qiáng)化元素Nb成分含量，相應(yīng)降低Cr成分含量和Ti成分含量。提高晶界強(qiáng)化元素Zr成分含量，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)含有以下組分:C < 0.02%，Cr8.0~9.5%，A15.3~5.7%，Mo5.5 ~6.5%, Nb3.2 ~4.5%，Ti≤0.2%，Zr0.2 ~0.3%，B ≤ 0.003%, Fe ^ 0.5%,Mn ^ 0.2%, Si ^ 0.25%, Cu ^ 0.1%, Ni 余量。
[0009]本發(fā)明的目的之一還在于公開(kāi)了所述鎳基高溫渦輪材料的制備方法，包括如下步驟:
[0010]I)按本發(fā)明所述配比配料；
[0011 ] 2)真空度為2_5Pa下化清；
[0012]3)精煉 20_25min ;
[0013]4)合金化,合金化期加入合金兀素Al, Ti, NiB, Zr ；
[0014]5)真空度為l_3Pa，溫度為1480-1500°C下進(jìn)行澆注；
[0015]6)澆注后保溫5-10min，待鋼液完全凝固后出爐，完全冷卻后脫模。。
[0016]對(duì)與本發(fā)明，優(yōu)選地，所述的化清通過(guò)逐漸升功率分段提溫進(jìn)行:升功率至100KW,保持20-30min ;升功率至200KW，持續(xù)30_40min ;升功率至300KW，持續(xù)20_30min ;升功率至400KW持續(xù)50-70min至化清。
[0017]對(duì)與本發(fā)明，優(yōu)選地，所述精煉時(shí)的真空度為0.5-1.0Pa，溫度為1530_1550°C，例如為 1540°C、1545°C 等。
[0018]對(duì)與本發(fā)明，優(yōu)選地，所述合金化時(shí)的真空度為0.05-0.15Pa，在溫度為1380-1430°C，例如為 1390°〇、14001:、14101:、14201:等時(shí)加入六1，11 ;溫度為 1450°C 時(shí)，加ANiB, Zr。
[0019]作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明材料的制備方法，包括如下步驟:
[0020]I)按本發(fā)明所述配比配料；
[0021]2)真空度為2_5Pa下化清；所述的化清通過(guò)逐漸升功率分段提溫進(jìn)行:升功率至100KW,保持20-30min ;升功率至200KW，持續(xù)30_40min ;升功率至300KW，持續(xù)20_30min ;升功率至400KW持續(xù)至化清；
[0022]3)然后將功率降至180KW，在真空度為0.5-l.0Pa，溫度為1530_1550 °C精煉20_30min ；
[0023]4)在真空度為 0.05-0.15Pa，溫度為 1380_1430°C時(shí)，加入 Al，Ti ;溫度為 1450°C時(shí)，加入NiB，Zr ；
[0024]5)真空度為l_3Pa，溫度為1480-1500°C下進(jìn)行帶電澆注；
[0025]6)澆注后保溫5-10min，待鋼液完全凝固后出爐，完全冷卻后脫模。
[0026]下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。但下述的實(shí)例僅僅是本發(fā)明的簡(jiǎn)易例子，并不代表或限制本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0027]為更好地說(shuō)明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的實(shí)施例如下:
[0028]配料:配料成分見(jiàn)下表1 ;其余成分控制按《HB5162-1988K418合金錠》進(jìn)行。
[0029]表1
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種鎳基高溫渦輪材料，其特征在于，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)含有以下組分:c ^ 0.02%,Cr6.0 ~10.5%, A15.0 ~6.0%, Mo5.0 ~7.5%, Nb3.0 ~5.0%, Ti ( 0.3%, Zr0.2 ~0.5%,B ≤ 0.005%, Fe ( 0.7%, Mn ( 0.3%, Si ( 0.3%, Cu ( 0.2%, Ni 余量。
2.如權(quán)利要求1所述的鎳基高溫渦輪材料，其特征在于，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)含有以下組分:C ≤ 0.02%, Cr8.0 ~9.5%, Al5.3 ~5.7%，Mo5.5 ~6.5%, Nb3.2 ~4.5%, Ti ( 0.2%, Zr0.2 ~，0.3%, B ≤ 0.003%, Fe ( 0.5%, Mn ( 0.2%, Si ( 0.25%, Cu ( 0.1%，Ni 余量。
3.權(quán)利要求1或2所述鎳基高溫渦輪材料的制備方法，包括如下步驟: O按權(quán)利要求1或2所述配比配料； 2)真空度為2-5Pa下化清； 3)精煉20-25min ； 4)合金化，合金化期加入合金元素Al，Ti，NiB,Zr ； 5)真空度為l_3Pa，溫度為1480-1500°C下進(jìn)行澆注； 6)澆注后保溫5-10min，待鋼液完全凝固后出爐，完全冷卻后脫模。
4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述的化清通過(guò)逐漸升功率分段提溫進(jìn)行:升功率至100KW，保持20-30min ;升功率至200KW，持續(xù)30_40min ;升功率至300KW，持續(xù)20-30min ;升功率至400KW持續(xù)至化清。
5.如權(quán)利要求3所述的制備 方法，其特征在于，所述精煉時(shí)的真空度為0.5-1.0Pa，溫度為 1530-1550°Co
6.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述合金化時(shí)的真空度為，0.05-0.15Pa，在溫度為 1380_1430°C時(shí)，加入 Al，Ti ;溫度為 1450°C時(shí)，加入 NiB，Zr。
【文檔編號(hào)】C22C1/02GK103866164SQ201410097469
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】蔡永君 申請(qǐng)人:江蘇毅合捷汽車科技股份有限公司