一種具有高拉伸強(qiáng)度的鎳基粉末高溫合金的制作方法
【專利摘要】一種具有高拉伸強(qiáng)度的鎳基粉末高溫合金，屬于粉末高溫合金【技術(shù)領(lǐng)域】。合金的化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：C 0.03-0.07，Co 16.0-17.5，Cr 8.5-10.5，W 5.8-6.2，Mo 4.0-4.5，Al 4.8-5.3，Ti 1.6-2.0，Nb 2.4-2.8，Hf 0.1-0.4，B＜0.02，Zr＜0.02，Mg＜0.01，Ce＜0.01，其余為Ni。優(yōu)點(diǎn)在于，合金的拉伸強(qiáng)度、高溫持久壽命優(yōu)于FGH97合金。
【專利說明】一種具有高拉伸強(qiáng)度的鎳基粉末高溫合金

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于粉末高溫合金【技術(shù)領(lǐng)域】。特別是涉及一種具有高拉伸強(qiáng)度的鎳基粉末 高溫合金，在650°C以下使用的高強(qiáng)盤件鎳基粉末高溫合金。通過增加鈷（Co)、鉻（Cr)、鎢 (W)、鑰（Mo)、碳（C)元素含量，提高鎳基粉末高溫合金FGH97合金的拉伸強(qiáng)度。

【背景技術(shù)】
[0002] 粉末高溫合金相比傳統(tǒng)的鑄造高溫合金，由于粉末高溫合金的預(yù)合金粉末在高 冷速下冷卻成形，使得合金成分均勻，消除了宏觀偏析，晶粒尺寸達(dá)到微米級(jí)，改善了合金 熱加工性能，提高了合金拉伸強(qiáng)度。粉末高溫合金是航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤等熱端轉(zhuǎn)動(dòng)部件 的關(guān)鍵材料。[張義文，楊士仲，李力，等.我國粉末高溫合金的研究現(xiàn)狀.材料導(dǎo)報(bào)， 2002, 16(5) :1-4.]
[0003] 發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，渦輪盤盤心處承受極大的離心力，需要較高的拉伸強(qiáng)度， 而渦輪盤的盤緣處溫度比盤心處溫度高，需要較好的持久性能和抗蠕變性能。[John Gayda jDavid Furrer. Dual-microstructure heat treatment. Adcanced Materials&Proce ss，2003, 161 (7) :36-40.]
[0004] 高溫合金的強(qiáng)化手段主要有三種：一是固溶強(qiáng)化。通過添加一些固溶元素到合金 中，形成合金化的單相奧氏體，提高合金基體強(qiáng)度；二是第二相強(qiáng)化。第二相與基體相之間 產(chǎn)生晶格錯(cuò)配，形成彈性應(yīng)力場，或者改變位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的機(jī)制，來阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)；三是晶界 強(qiáng)化。晶界是高溫合金，特別是粉末高溫合金的薄弱環(huán)節(jié)，合金的斷裂往往呈現(xiàn)為沿晶斷裂 模式，減少晶界有害相的含量，改善晶界相的形態(tài)和分布，可以提高晶界強(qiáng)度，從而達(dá)到提 高合金強(qiáng)度的效果。
[0005] 鋼鐵研究總院研制的FGH97合金，其特點(diǎn)為γ '相含量高達(dá)60%，持久性能和蠕 變性能十分突出，但拉伸強(qiáng)度偏低。欲通過增加 Co、Cr、W、Mo、C元素含量，增加固溶強(qiáng)化效 果，從而提高FGH97合金的拉伸強(qiáng)度。
[0006] 就鎳基粉末高溫合金而言，國外通過調(diào)整合金成分來提高其強(qiáng)度，已做了大量的 研究工作。以俄羅斯為例，在EP741P合金成分基礎(chǔ)上，通過調(diào)整C、Cr、W、Mo、Co等元素含量 實(shí)現(xiàn)固溶強(qiáng)化等強(qiáng)化效果，在不明顯損失合金塑性的前提下，研制出的VV750P合金的拉伸 強(qiáng)度較EP741P合金有明顯提高[張義文，遲悅.俄羅斯粉末冶金高溫合金研制新進(jìn)展.粉 末冶金工業(yè)，2012, 22 (5) : 37-44.]。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種具有高拉伸強(qiáng)度的鎳基粉末高溫合金，具有高拉伸強(qiáng) 度的鎳基粉末高溫合金，通過調(diào)整合金成分，實(shí)現(xiàn)提高FGH97合金的拉伸強(qiáng)度。
[0008] 本發(fā)明為具有高拉伸強(qiáng)度的鎳基粉末高溫合金，在合金FGH97成分的基礎(chǔ)上，增 加 Co、Cr、W、Mo、C等一種或幾種元素的含量。
[0009] 所述的FGH97合金化學(xué)成分（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，％ )為：C 0· 02-0. 06, 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, Hf 0· 1-0. 4， Β、Zr、Mg和Ce微量，余量為Ni [張瑩，張義文，張娜，賈建.FGH97粉末冶金高溫合金熱 處理工藝和組織性能的研究.航空材料學(xué)報(bào)，2008, 28 (6) : 5-9.]。
[0010] 本發(fā)明的的合金的化學(xué)成分（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，％ )為：C 0· 03-0. 07,Co 16. 0-17. 5， Cr 8. 5-10. 5, W 5. 8-6. 2, Mo 4. 0-4. 5, Al 4. 8-5. 3, Ti L 6-2. 0, Nb 2. 4-2. 8, Hf 0· 1-0. 4， Β〈0· 02, Zr〈0. 02, Mg〈0. 01，Ce〈0. 01，其余為 Ni。
[0011] 通過增加 FGH97合金中Co、Cr、W、Mo等元素的含量，增大基體γ相的晶格常數(shù)， 增強(qiáng)固溶強(qiáng)化效果；Y ^相的晶格常數(shù)保持不變，由于Y相的晶格常數(shù)大于Y ^相的晶格 常數(shù)，從而提高Y / Y '晶格錯(cuò)配度[張義文，王福明，胡本芙.Hf含量對(duì)FGH97合金γ / Y '晶格錯(cuò)配度的影響.稀有金屬材料與工程，2012:41(6) :989-993.]，增強(qiáng)共格應(yīng)變強(qiáng) 化效果，提高合金拉伸強(qiáng)度；另一方面，通過增加碳（C)元素含量，與固溶金屬元素結(jié)合，減 少有害相的析出。在提高合金拉伸強(qiáng)度的同時(shí)，合金塑性不能明顯降低，使合金具備良好的 綜合性能。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 在本發(fā)明鎳基粉末高溫合金的化學(xué)成分范圍內(nèi)，用25kg真空感應(yīng)爐熔煉了四種 不同含量配比的合金棒料，為了對(duì)比，同時(shí)熔煉了一種成分的FGH97合金棒料。使用等離子 旋轉(zhuǎn)電極法制備合金粉末，粉末處理后熱等靜壓獲得致密粉末高溫合金圓柱錠坯，將錠坯 進(jìn)行熱處理。發(fā)明合金與FGH97合金的制備工藝相同。從熱處理后的錠坯上取樣進(jìn)行化學(xué) 成分分析和力學(xué)性能試驗(yàn)。
[0013] 實(shí)施例
[0014] (1)鎳基粉末高溫合金Alloy-I合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％ )為：C 0· 04, Co 16.1，Cr 8. 8, W 5. 9, Mo 4.1，Al 5.0, Ti 1.8, Nb 2. 6, Hf 0.3, Zr 0.012, B 0.014, Mg 和 Ce 微量，余量為Ni。
[0015] (2)鎳基粉末高溫合金Alloy-2合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％ )為：C 0· 04, Co 16. 0, Cr 9. 7, W 6. 0, Mo 4. 1，Al 5. 0, Ti 1. 8, Nb 2. 6, Hf 0· 3, Zr 0· 012, B 0· 014, Mg 和 Ce 微量，余量為Ni。
[0016] (3)鎳基粉末高溫合金Alloy-3合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％ )為：C 0· 04, Co 16. 6, Cr 9. 6, W 5. 9, Mo 4.1，Al 5.0, Ti 1.8, Nb 2. 6, Hf 0.3, Zr 0.012, B 0.014, Mg 和 Ce 微量，余量為Ni。
[0017] (4)鎳基粉末高溫合金Alloy-4合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％ )為：C 0· 06, Co 16. 5, Cr 9. 7, W 6. 0, Mo 4. 1，Al 5. 0, Ti 1. 8, Nb 2. 6, Hf 0· 3, Zr 0· 012, B 0· 014, Mg 和 Ce 微量，余量為Ni。
[0018] 表1為本發(fā)明合金與FGH97合金的化學(xué)成分對(duì)比，表中Alloy-1、Alloy-2、 Alloy-3、Alloy-4為發(fā)明合金。表2為本發(fā)明合金與FGH97合金的室溫拉伸性能對(duì)比，表 3為本發(fā)明合金與FGH97合金的650°C拉伸性能對(duì)比，表4為本發(fā)明合金與FGH97合金的 650°C持久性能（試驗(yàn)條件 ：650°C、1020MPa，缺口光滑組合試樣，缺口半徑R = 0. 15mm)對(duì) 比。
[0019] 由表2、表3可知，與FGH97合金相比，本發(fā)明合金在室溫、650°C的拉伸強(qiáng)度有所提 高，塑性無明顯降低，其中Alloy-2、Alloy-3、Alloy-4合金的拉伸強(qiáng)度提高較明顯。由表 4可知，本發(fā)明合金在650°C、1020MPa條件下持久壽命高于FGH97合金，并且沒有缺口敏感 性，其中Alloy-2、Alloy-3、Alloy-4合金的持久壽命提高了 34%以上。
[0020] 綜上所述，在FGH97合金中提高Co、Cr、W、Mo、C元素含量，不僅可以提高合金的拉 伸強(qiáng)度，還可以提高合金的持久壽命。
[0021] 在本發(fā)明的應(yīng)用中，應(yīng)該充分考慮合金各元素的相互作用以及合金各析出相之間 的平衡，避免有害相的析出，在提高力學(xué)強(qiáng)度的同時(shí)，不嚴(yán)重?fù)p失合金塑性，避免合金出現(xiàn) 缺口敏感，既而達(dá)到優(yōu)異的綜合性能。
[0022] 表1本發(fā)明合金與FGH97合金的化學(xué)成分對(duì)比
[0023]

【權(quán)利要求】
1. 一種具有高拉伸強(qiáng)度的鎳基粉末高溫合金，其特征在于，該合金的化學(xué)成分質(zhì)量分 數(shù)為：C 0? 03-0. 07, Co 16. 0-17. 5, Cr 8. 5-10. 5, W 5. 8-6. 2, Mo 4. 0-4. 5, A1 4. 8-5. 3, Ti 1. 6-2. 0, Nb 2. 4-2. 8, Hf 0? 1-0. 4, B〈0. 02, Zr〈0. 02, Mg〈0. 01，Ce〈0. 01，其余為 Ni。
【文檔編號(hào)】C22C19/05GK104404308SQ201410713491
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】張義文, 賈建, 譚黎明, 劉建濤, 韓壽波, 劉明東, 遲悅, 張國星, 陶宇, 孫志坤, 張瑩 申請(qǐng)人:北京鋼研高納科技股份有限公司