專利名稱：鎳基超合金及制品的制作方法
鎳基超合金及制品
發(fā)明背景
本發(fā)明公開涉及鎳基合金、基于所述合金的制品以及制備所述制品的方法。
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)在極端環(huán)境中操作，發(fā)動(dòng)機(jī)部件(特別是在渦輪區(qū)段中的那些) 暴露于高工作溫度和應(yīng)力。為了使渦輪部件能承受這些條件，這些部件必須由能承受這些 苛刻條件的材料制造。由于其在最高達(dá)90%的熔化溫度下將保持其強(qiáng)度，并具有優(yōu)異的耐 環(huán)境性能，故超合金被應(yīng)用于這些高要求的應(yīng)用中。鎳基超合金特別廣泛地用在整個(gè)燃?xì)?渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，例如，在渦輪葉片、噴嘴和殼體應(yīng)用中。但是，提高的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)性能的 設(shè)計(jì)需要具有甚至更高溫度能力的合金。
單晶(SC)鎳基超合金可基于合金組成和性能相似性劃分為四代。第一代SC超合 金的限定特征是不存在成合金元素錸(Re)。依據(jù)加入約3%重量的Re將使抗蠕變斷裂能 力提高約50°)并伴有抗疲勞益處的發(fā)現(xiàn)，第二代SC超合金(如CMSX-4、PWA-1484 和Ren6N5)均含約3%重量Re。一般而言，第三代超合金的特征在于包括約6%重量Re ；第 四代超合金含約6%重量Re以及成合金元素釕(Ru)。
目前，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)由于其性能的平衡而主要使用第二代超合金。但是，雖然成 合金元素Re是這類超合金已知的最有效的固溶體強(qiáng)化劑；如果不排除，其成本以及其供應(yīng) 短缺強(qiáng)烈促使在該合金中其用量最少。迄今為止，具有較低Re含量的已知的超合金組合物 不能提供具有至少3%重量的那些(S卩，第二代超合金)可得到的性能。并且，由于Re在強(qiáng) 化M基超合金方面如此有效，僅用其它元素替代Re通常不能提供具有否則可通過Re提供 的強(qiáng)度的合金，或者可能劣化耐環(huán)境性能，例如抗氧化性和抗腐蝕性。
因此，仍然需要鎳基超合金，該鎳基超合金表現(xiàn)出用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的所有所 需性能，例如，蠕變和疲勞強(qiáng)度、在升高的溫度下的抗氧化性和抗腐蝕性，同時(shí)還使錸的使 用最小化或消除使用錸。期望所述超合金還表現(xiàn)出良好的鑄造能力，以便可適用于定向凝 固的單晶制品。由于較細(xì)小的初級(jí)枝晶臂間距通常得到較少的晶粒缺陷、多孔性以及更好 的熱處理響應(yīng)，因此為了得到較好的機(jī)械特性，較細(xì)小的初級(jí)枝晶臂間距(PDAS)是優(yōu)選 的。
發(fā)明概述
本文提供了無錸的鎳基超合金。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述無錸的鎳基超合金包 含無錸的鎳基合金，所述合金包含約5. 2%重量至約12%重量鈷(Co)、約4.0%重量至約 10%重量鉻(Cr)、約0%重量至約3.0%重量鉬(Mo)、約5.0%重量至約11%重量鎢(W)、 約4. 0 %重量至約6. 5 %重量鋁(Al)、約0 %重量至約1.5%重量鈦(Ti)、約4. 0 %重量至約 8.0%重量鉭(Ta)、約0.5%重量至約1.7%重量鉿(Hf)、最高達(dá)約0. 重量碳(C)、最高 達(dá)約0.01%重量硼(B)，余量為鎳(Ni)和附帶雜質(zhì)，并且，其中41+0.151^為約5.9%重量 至約8. 5%重量，Al+0. 15Hf為約5. 2%重量至約7. 0%重量，并且Mo+0. 52W為約4. 2%重 量至約6. 5%重量。
本文還提供了包含所述超合金的制品。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述制品包含無錸的 鎳基合金，所述合金包含約5. 2%重量至約12%重量鈷(Co)、約4. 0%重量至約10%重量鉻4(Cr)、約0 %重量至約3.0%重量鉬(Mo)、約5. 0 %重量至約11 %重量鎢(W)、約4. 0 %重量 至約6. 5%重量鋁(Al)、約0%重量至約1. 5%重量鈦(Ti)、約4. 0%重量至約8. 0%重量 鉭(Ta)、約0.5%重量至約1.7%重量鉿(Hf)、最高達(dá)約0. 重量碳(C)、最高達(dá)約0. 01 % 重量硼(B)，余量為鎳(Ni)和附帶雜質(zhì)，其中41+0.151^為約5.9%重量至約8.5(%重量， Al+0. 15Hf為約5. 2%重量至約7. 0%重量，Mo+0. 52W為約4. 2%重量至約6. 5%重量。
本文還提供了制造制品的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法包括在模具中鑄造 鎳基合金，并將鑄件凝固成單晶或柱形結(jié)構(gòu)，其制品內(nèi)的初級(jí)枝晶臂間距小于約400 μ m。 所述鎳基超合金包含約5. 2%重量至約12%重量鈷(Co)、約4.0%重量至約10%重量鉻 (Cr)、約0%重量至約3.0%重量鉬(Mo)、約5.0%重量至約11%重量鎢(W)、約4.0%重量 至約6. 5 %重量鋁(Al)、約0 %重量至約1.5%重量鈦(Ti)、約4. 0 %重量至約8.0%重量鉭 CTa)、約0.5%重量至約1.7%重量鉿(Hf)、最高達(dá)約0. 重量碳(C)、最高達(dá)約0. 01 %重 量硼(B)，余量為鎳(Ni)和附帶雜質(zhì)，并且，其中六1+0.151^為約5.9%重量至約8.5(%重 量，Al+0. 15Hf為約5. 2%重量至約7. 0%重量，并且Mo+0. 52W為約4. 2%重量至約6. 5% 重量。


當(dāng)參考附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，將更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面 和優(yōu)點(diǎn)，其中在整個(gè)附圖中類似的字符代表類似的部件，其中
圖1為根據(jù)本文所述實(shí)施方案的幾種合金與常規(guī)鎳基合金Ren6N5和合金MC2+相 比，在2000° F/20ksi下的蠕變斷裂壽命圖示，所述合金MC2+為基于常規(guī)無錸的鎳基合金 MC2的改良合金(包含5%重量Co、8%重量Cr、2%重量Mo、8%重量、5%重量Al、l. 5%重 量Ti、6%重量Ta，余量為Ni和附帶雜質(zhì))，其中加入B、C和Hf ；
圖2為根據(jù)本文所述實(shí)施方案的幾種合金與常規(guī)鎳基合金Ren6N5和無錸的鎳基 合金MC2+相比，在1800° F/30ksi下的蠕變斷裂壽命圖示；并且
圖3為根據(jù)本文所述實(shí)施方案的幾種合金與常規(guī)鎳基合金Ren6N5和無錸的鎳基 合金MC2+相比，于2000° F下500次循環(huán)的循環(huán)氧化測(cè)試之后的重量變化圖示。
發(fā)明詳述
除非另外定義，本文使用的技術(shù)與科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員通常 理解的相同的含義。本文使用的術(shù)語“第一”、“第二”等不表示任何順序、量或重要性，而 是用于區(qū)分一個(gè)要素與另一個(gè)要素。同樣，術(shù)語”一”不表示量的限制，而是表示存在至少 一個(gè)提及的條目，并且除非另外指出，術(shù)語“前”、“后”、“下”和/或“上”僅用于方便描述， 不限于任一位置或者空間取向。如果公開了范圍，包括涉及相同部件或性能的所有范圍的 各端點(diǎn)并且可獨(dú)立組合(例如，范圍“最高達(dá)約25%重量，或者，更尤其是，約5%重量至約 20%重量”包括各端點(diǎn)以及范圍“約5%重量至約25%重量”的所有中間值，等等)。修飾 語“約”與量結(jié)合使用時(shí)包括所述值，且具有上下文所述的含義(例如，包括與具體量的測(cè) 量相關(guān)的誤差度)。
提供了一種無錸的鎳基合金。更具體地講，提供了包含各種水平和組合的元素來 代替錸以節(jié)約成本的合金。然而，由所述合金形成的制品的加工方式使得包含枝晶結(jié)構(gòu)，該 枝晶結(jié)構(gòu)進(jìn)一步含有細(xì)小初級(jí)枝晶臂間距，即，其中枝晶臂之間的標(biāo)稱間距小于約400微米。結(jié)果是，所述合金可表現(xiàn)出基本上類似于或甚至高于含Re的合金所表現(xiàn)出的那些的性 能，并且比起其它無錸的鎳基合金提高各種性能的平衡，所述合金包含相同或類似的元素 的組合。
更特別是，在2000° F/20ksi或1800° F/30ksi下，所公開的鎳基合金均可表現(xiàn) 出與常規(guī)含Re的合金如Ren6N5(3%重量Re)的蠕變斷裂壽命相當(dāng)?shù)娜渥償嗔褖勖４送猓?所述鎳基合金可表現(xiàn)出基本上等同于常規(guī)含Re的合金所表現(xiàn)出的抗氧化性，并且顯著好 于一些無錸的合金如MC2+所表現(xiàn)出的抗氧化性。并且，在某些實(shí)施方案中，所提供的鎳基 合金表現(xiàn)出提高的相穩(wěn)定性，具有最小或甚至無拓?fù)涿芘?TCP)相形成。使用無錸的合金， 提供與含Re的合金所提供的基本上類似的性能的能力，顯著節(jié)約了成本。
本文所述的無錸的鎳基合金包含本文所述的合金獨(dú)特的各種組合和濃度的元素 鉬、鎢、鋁、鈦、鉭、鉿和硅。通過選擇這些元素的量的優(yōu)選水平和比率，可得到類似于含錸的 合金所表現(xiàn)出的那些的所需的性能。
更特別是，在某些實(shí)施方案中，選擇某些元素組合的水平和比率，以提供或優(yōu)化某 些所需的性能。例如，在一些實(shí)施方案中，根據(jù)關(guān)系式Al+0. 15Hf(%重量)，鋁、鉿和硅的組 合％重量在約5. 2%重量至約7%重量之間。Al和Hf的這種關(guān)系不僅可提供具有提高的抗 氧化性的合金，而且，可有助于避免形成不需要的不溶性共晶Y ‘ (gamma prime)相。
作為另一個(gè)實(shí)例，在一些實(shí)施方案中，根據(jù)關(guān)系式Al+0. 15Ta(%重量)，鋁和鉭的 組合％重量可期望為約5.9%重量至約8. 5 %重量。這種關(guān)系的Al和Ta可有助于強(qiáng)化Y ‘ 相。
在一些實(shí)施方案中，根據(jù)關(guān)系式Mo+0. 52W，鉬和鎢的組合％重量期望在約4. 2% 重量至6.5%重量之間?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，通過這樣選擇Mo+0. 52W的水平，可增強(qiáng)合金的相 的固溶體強(qiáng)度。還發(fā)現(xiàn)，通過這樣選擇Mo+0. 52W的水平，例如，使得小于6. 5%重量用于本 發(fā)明合金中，可基本上避免析出拓?fù)涿芘?TCP)相和形成不溶性共晶Y'相。
各元素的一種或多種上述優(yōu)選關(guān)系可用于所述合金的不同的實(shí)施方案，并且可使 用哪一種元素以及用量多少取決于合金中期望受影響的性能。
一般而言，本文所述的合金包含約5. 2%重量至約12%重量Co、約4%重量至約 10 %重量Cr、約0%重量至約3.0%重量鉬(Mo)、約5.0%重量至約11%重量鎢(W)、約 4.0%重量至約6. 5%重量鋁(Al)、約0%重量至約1.5%重量鈦(Ti)、約4. 0 %重量至約 8.0%重量鉭(Ta)和約0.5%重量至約1.7%重量鉿(Hf)、最高達(dá)約0. 重量碳(C)、最高 達(dá)約0.01%重量硼(B)，余量為鎳(Ni)和附帶雜質(zhì)。
在一些實(shí)施方案中，鎳基合金的鉬含量可期望在約0%重量至約3. 0%重量之間， 并且在一些實(shí)施方案中，在約1.0%重量至約2. 7%重量之間，而在其它實(shí)施方案中，在約重量至2. 5%重量、或約1. 5%重量至約2. 5%重量之間。
在一些實(shí)施方案中，鎳基合金的鎢含量期望為約5.0%重量至約11.0%重量、或 約5. 4%重量至約10. 6%重量、或約6%重量至約7. 5%重量。在其它實(shí)施方案中，鎳基合 金的鎢含量為約7%重量至約9%重量、或約8%重量至約9%重量。
在一些實(shí)施方案中，鎳基合金的鋁含量可為約4. 5%重量至約6. 0%重量、或約 4. 7%重量至約5. 7%重量。在其它實(shí)施方案中，鋁含量可為約5. 0%重量至約6. 5%重量、 或約5. 5%重量至約6. 5%重量。
本發(fā)明的鎳基合金的一些實(shí)施方案可包含其量為約0%重量至約1. 5%重量、或 約0%重量至約1. 3%重量、或約0%重量至約1. 0%重量的鈦，而在其它實(shí)施方案中，鈦的 量可為約0%重量至約1. 0%重量、或約0%重量至約0. 5%重量。
在一些實(shí)施方案中，鉭可存在的量為約4. 4%重量至約7. 0%重量、或約5%重量 至約7%重量。在其它實(shí)施方案中，鉭可存在的量為約5%重量至約7. 0%重量、或約5. 0%重量至約6. 5%重量。
在某些實(shí)施方案中，鉿的用量可為約0.7%重量至約1.7%重量、或約1.0%重量 至約1.6%重量。在其它實(shí)施方案中，鉿可存在的量為約0.7%重量至約重量、或約重量至約1.5%重量。
除了上述元素以外，鎳基合金還可包含鈷和鉻。一般而言，鈷的加入量通常可為約 5. 2%重量至約12%重量。在一些實(shí)施方案中，鈷可存在的量為約5. 5%重量至約10%重 量、或約6 %重量至約9. 5 %重量。在其它實(shí)施方案中，鈷可存在的量為約8 %重量至約11 % 重量、或約9. 0%重量至約10%重量。
一般而言，可包含的鉻的量為約4%重量至約10%重量。在一些實(shí)施方案中，鉻可 存在的量為約6%重量至約8. 5%重量、或約6. 5%重量至約8%重量。在其它實(shí)施方案中， 鉻可存在的量為約6%重量至約8%重量、或6. 5%重量至約7. 5%重量。
如果需要，碳(C)、硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)、釔(Y)和其它稀土金屬也可包含在本 發(fā)明的鎳基合金中。
當(dāng)使用碳時(shí)，其可用于本文所述的鎳基合金中的量通常可小于約0.5%重量。在一 些實(shí)施方案中，約0. 01%重量至約0. 5%重量量的碳可用于所述鎳基合金中。碳的示例性 量為約0. 03%重量至約0. 49%重量。
在一些實(shí)施方案中，可存在于鎳基合金中的硼的量小于或等于鎳基合金的約 0. 重量。在一些實(shí)施方案中，在約0. 001%重量至約0. 09%重量之間量的硼可包含在鎳 基合金中?？捎糜阪嚮辖鹬械呐鸬囊粋€(gè)示例性量為約0. 004%重量至約0. 075%重量。
如果需要，在鎳基合金的某些實(shí)施方案中，可包含硅。如果如此包含，則約0.05% 重量至約重量量的硅是合適的，并且示例性量可為約0. 重量至約0. 5%重量。如果 使用釔，其可存在的量為約0. 01%重量至約0. 重量，并且示例性量為約0. 03%重量至 約0. 05%重量。鍺的合適量可為0%重量至約重量，其示例性量為約0. 2%重量至約 0. 5%重量。
因此，例如，鎳基合金的一個(gè)實(shí)施方案可包含約5. 2%重量至約12%重量鈷(Co)、 約4. 0%重量至約10%重量鉻(Cr)、約0%重量至約3. 0%重量鉬(Mo)、約5. 0%重量至約 11%重量鎢(W)、約4.0%重量至約6. 5%重量鋁(Al)、約0%重量至約1. 5%重量鈦(Ti)、 約4.0%重量至約8.0%重量鉭(Ta)、約0.5%重量至約1.7%重量鉿(Hf)、最高達(dá)約0. 1% 重量碳(C)、最高達(dá)約0.01%重量硼(B)，余量為鎳(Ni)和附帶雜質(zhì)。期望此類合金還包 含以下關(guān)系A(chǔ)l+0. 15Ta為約5. 9%重量至約8. 5%重量；Al+0. 15Hf為約5. 2%重量至約 7. 0%重量；并且Mo+0. 52W為約4. 2%重量至約6. 5%重量。
在此類實(shí)施方案中，可期望所述鎳基合金包含約5. 5%重量至約10%重量鈷 (Co)、約6. 0%重量至約8. 5%重量鉻(Cr)、約0%重量至約3. 0%重量鉬(Mo)、約5. 4%重 量至約10. 6 %重量鎢(W)、約4. 5 %重量至約6.0%重量鋁(Al)、約0 %重量至約1. 3 %重量鈦(Ti)、約4. 4%重量至約7. 0%重量鉭(Ta)和約0. 7%重量至約1. 7%重量鉿(Hf)?；?者，在其它實(shí)施方案中，所述鎳基合金可包含約6 %重量至約9.5%重量鈷(Co)、約6 %重量 至約8%重量鉻(Cr)、約1. 0%重量至約2. 7%重量鉬(Mo)、約6%重量至約7. 5%重量鎢 (W)、約4. 7%重量至約5. 7%重量鋁(Al)、約0%重量至約1. 0%重量鈦(Ti)、約5%重量至 約7. 0%重量鉭(Ta)和約1. 0%重量至約1. 6%重量鉿(Hf)。
根據(jù)在段落W034]中所述實(shí)施方案的合金還可包含約8. 0%重量至約11%重量 鈷(Co)、約6. 0%重量至約8. 0%重量鉻(Cr)、約重量至約2. 5%重量鉬(Mo)、約7. 0% 重量至約9. 0%重量鎢(W)、約5. 0%重量至約6. 5%重量鋁(Al)、約0%重量至約1. 0%重 量鈦(Ti)、約5.0%重量至約7.0%重量鉭(Ta)和約0.7%重量至約1.7%重量鉿(Hf)。 或者，此類合金可包含約9. 0%重量至約10%重量鈷(Co)、約6. 5%重量至約7. 5%重量鉻 (Cr)、約1. 5 %重量至約2.5%重量鉬(Mo)、約8. 0 %重量至約9.0%重量鎢(W)、約5. 5 %重 量至約6. 5 %重量鋁(Al)、約0 %重量至約0. 5 %重量鈦(Ti)、約5. 0 %重量至約6. 5 %重量 鉭(Ta)和約重量至約1. 5%重量鉿(Hf)。
所述鎳基合金可根據(jù)任何現(xiàn)有的方法進(jìn)行加工，以形成燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的部件， 包括但不限于粉末冶金法(例如，燒結(jié)、熱壓、熱等靜壓制、熱真空壓制，等等)、鑄錠接著定 向凝固、熔模精密鑄造、鑄錠接著熱機(jī)械處理、近終形鑄造、化學(xué)蒸氣沉積、物理蒸氣沉積、 這些方法的組合等。
在由所述鎳基合金制造燃?xì)鉁u輪翼片的一種方式中，提供了單獨(dú)或混合物形式 的粉末、顆粒形式的所需部件，并加熱至足以熔融金屬部件的溫度，通常為約1350°C至約 1600°C。隨后將已熔融的金屬在鑄造法中倒入模具中，以產(chǎn)生所需的形狀。
如上所述，可使用任何鑄造方法，例如，鑄錠、熔模精密鑄造或者近終形鑄造。在其 中期望生產(chǎn)更復(fù)雜部件的實(shí)施方案中，已熔融的金屬可期望通過熔模精密鑄造法來鑄造， 熔模精密鑄造法通常更適用于生產(chǎn)通過標(biāo)準(zhǔn)制造技術(shù)不能生產(chǎn)的部件，例如具有復(fù)雜形狀 的渦輪動(dòng)葉或必須承受高溫的渦輪部件。在另一個(gè)實(shí)施方案中，可通過鑄錠法將已熔融的 金屬鑄造成渦輪部件。
可使用重力、壓力、惰性氣體或者真空條件進(jìn)行鑄造。在一些實(shí)施方案中，在真空 中進(jìn)行鑄造。
鑄造后，將模具中的熔體定向凝固。定向凝固通常產(chǎn)生單晶或者柱形結(jié)構(gòu)，即，在 生長(zhǎng)方向伸長(zhǎng)的晶粒，因此，比起等軸鑄造，翼片的蠕變強(qiáng)度更高，并且適用于一些實(shí)施方案。
在一些實(shí)施方案中，可將熔體在液體金屬(例如，熔融的錫)提供的溫度梯度中定 向凝固。比起使用輻射冷卻的常規(guī)定向凝固方法，液體金屬冷卻方法產(chǎn)生更大的溫度梯度， 并且提供較細(xì)小的枝晶臂間距。較細(xì)小的枝晶臂間距又可有益于合金的機(jī)械特性以及降低 該合金內(nèi)的分離。
包含所述鎳基合金的鑄件隨后可通常經(jīng)受不同的熱處理，以便優(yōu)化強(qiáng)度以及提高 抗蠕變性。在一些實(shí)施方案中，期望將鑄件在固相線和Y'溶線溫度之間的溫度下固溶熱 處理。固相線為在加熱過程中合金開始熔融時(shí)的溫度或者在冷卻過程中由液相開始至凝固 完成的溫度。Y ‘溶線為在加熱過程中Y ‘相完全溶解成為Y基質(zhì)相時(shí)的溫度，或者在冷 卻過程中在Y基質(zhì)相中開始析出時(shí)的溫度。此類熱處理通常降低分離的存在。在固溶熱處理后，在低于Y'溶線溫度下熱處理合金以形成Y'析出物。
因此，可將本文所述的鎳基合金加工成各種用于大燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的翼片。由于 在合金中選擇優(yōu)選水平和比率的元素，因此合金以及由所述合金制備的制品和燃?xì)鉁u輪發(fā) 動(dòng)機(jī)部件表現(xiàn)出提高的高溫強(qiáng)度以及提高的抗氧化性。此外，在一些實(shí)施方案中，可使用高 梯度鑄造來提供細(xì)小的枝晶臂間距，使得可看到進(jìn)一步提高機(jī)械特性。適宜由本文所述的 合金形成的部件或制品的實(shí)例包括但不限于動(dòng)葉(或葉片)、非旋轉(zhuǎn)噴嘴(或靜葉)、殼體、 燃燒器，等等。認(rèn)為在由本文所述的合金形成中，發(fā)現(xiàn)特別益處的部件/制品包括噴嘴和動(dòng) 葉。
以下實(shí)施例，是示例性和非限制性的，舉例說明制造鎳基合金的各種實(shí)施方案中 的一些的組合物和方法。
實(shí)施例1
采用該實(shí)施例來證明與包含錸的常規(guī)鎳基合金Ren6N5和改良無錸的鎳基合金 MC2+相比，由根據(jù)本文所述實(shí)施方案且不含錸的鎳基合金可見性能提高，所述MC2+基于 皿〇2(包含5%重量(0、8%重量0、2%重量]\10、8%重量、5%重量41、1. 5%重量Ti、6%重量 Ta，余量為Ni和附帶雜質(zhì))，其中將碳、硼和鉿加入到起始組合物中。具有對(duì)比組成的樣品 以及根據(jù)本文所述的本發(fā)明的實(shí)施方案的那些顯示于下表1。
表 1
組成(％重量)
合
權(quán)利要求
1.一種無錸的鎳基合金，所述合金包含約5. 2%重量至約12%重量鈷(Co)、約4.0% 重量至約10%重量鉻(Cr)、約0%重量至約3. 0%重量鉬(Mo)、約5. 0%重量至約11%重量 鎢(W)、約4. 0%重量至約6. 5%重量鋁(Al)、約0%重量至約1. 5%重量鈦(Ti)、約4. 0% 重量至約8.0%重量鉭(Ta)、約0.5%重量至約1.7%重量鉿(Hf)、最高達(dá)約0. 1 %重量碳 (C)、最高達(dá)約0.01%重量硼(B)，余量為鎳(Ni)和附帶雜質(zhì)，并且其中Al+0. 15Ta為約5. 9%重量至約8. 5%重量；Al+0. 15Hf為約5. 2%重量至約7. 0%重量；并且Mo+0. 52W為約4. 2%重量至約6. 5%重量。
2.權(quán)利要求1的鎳基合金，所述合金包含約5.5%重量至約10%重量鈷(Co)、約6.0% 重量至約8. 5%重量鉻(Cr)、約0%重量至約3. 0%重量鉬(Mo)、約5. 4%重量至約10. 6% 重量鎢(W)、約4. 5 %重量至約6. 0 %重量鋁(Al)、約0 %重量至約1. 3 %重量鈦(Ti)、約 4. 4%重量至約7. 0%重量鉭(Ta)和約0. 7%重量至約1. 7%重量鉿(Hf)。
3.權(quán)利要求1的鎳基合金，所述合金包含約8.0%重量至約11%重量鈷(Co)、約6. 0% 重量至約8.0%重量鉻(Cr)、約1 %重量至約2. 5 %重量鉬(Mo)、約7. 0 %重量至約9. 0 %重 量鎢(W)、約5. 0 %重量至約6. 5 %重量鋁(Al)、約0 %重量至約1.0%重量鈦(Ti)、約5. 0 % 重量至約7. 0%重量鉭(Ta)和約0. 7%重量至約1. 7%重量鉿(Hf)。
4.一種制品，所述制品包含無錸的鎳基合金，所述合金包含約5. 2%重量至約12%重 量鈷(Co)、約4.0%重量至約10%重量鉻(Cr)、約0%重量至約3.0%重量鉬(Mo)、約5.0% 重量至約11 %重量鎢(W)、約4. 0 %重量至約6. 5 %重量鋁(Al)、約0 %重量至約1. 5 %重量 鈦(Ti)、約4.0%重量至約8.0%重量鉭(Ta)、約0.5%重量至約1.7%重量鉿(Hf)、最高達(dá) 約0.1%重量碳(C)、最高達(dá)約0.01%重量硼(B)，余量為鎳(Ni)和附帶雜質(zhì)，其中Al+0. 15Ta為約5. 9%重量至約8. 5%重量；Al+0. 15Hf為約5. 2%重量至約7. 0%重量；Mo+0. 52W為約4. 2%重量至約6. 5%重量。
5.權(quán)利要求4的制品，其中所述鎳基合金包含約5.5%重量至約10%重量鈷(Co)、 約6. 0%重量至約8. 5%重量鉻(Cr)、約0%重量至約3. 0%重量鉬(Mo)、約5. 4%重量至 約10. 6%重量鎢(W)、約4. 5%重量至約6. 0%重量鋁(Al)、約0%重量至約1. 3%重量鈦 (Ti)、約4. 4%重量至約7. 0%重量鉭(Ta)和約0. 7%重量至約1. 7%重量鉿(Hf)。
6.權(quán)利要求4的制品，其中所述鎳基合金包含約8.0%重量至約11%重量鈷(Co)、約 6.0%重量至約8.0%重量鉻(Cr)、約1 %重量至約2. 5 %重量鉬(Mo)、約7. 0 %重量至約 9.0%重量鎢(W)、約5.0%重量至約6. 5%重量鋁(Al)、約0%重量至約1.0%重量鈦(Ti)、 約5. 0%重量至約7. 0%重量鉭(Ta)和約0. 7%重量至約1. 7%重量鉿(Hf)。
7.權(quán)利要求4的制品，其中所述合金包含枝晶結(jié)構(gòu)，所述枝晶結(jié)構(gòu)包含標(biāo)稱間距小于 約400微米的初級(jí)枝晶臂。
8.權(quán)利要求4的制品，其中所述合金包含定向凝固單晶。
9.權(quán)利要求6的制品，其中所述制品為燃?xì)鉁u輪組件的部件，包括葉片、靜葉、殼體或 燃燒器部件。
10.一種制造制品的方法，所述方法包括在模具中鑄造無錸的鎳基合金，所述合金包 含約5. 2%重量至約12%重量鈷(Co)、約4. 0%重量至約10%重量鉻(Cr)、約0%重量至約3. 0 %重量鉬(Mo)、約5. 0 %重量至約11 %重量鎢(W)、約4. 0 %重量至約6. 5 %重量鋁 (Al)、約0%重量至約1. 5%重量鈦(Ti)、約4. 0%重量至約8. 0%重量鉭(Ta)、約0. 5%重 量至約1.7%重量鉿(Hf)、最高達(dá)約0. 重量碳(C)、最高達(dá)約0.01%重量硼(B)，余量為 鎳(Ni)和附帶雜質(zhì)，其中Al+0. 15Ta為約5. 9%重量至約8. 5%重量； Al+0. 15Hf為約5. 2%重量至約7. 0%重量；Mo+0. 52W為約4. 2%重量至約6. 5%重量；并且其中將所述制品鑄造和定向凝固成單 晶形式或者柱形結(jié)構(gòu)，使得制品內(nèi)的初級(jí)枝晶臂間距小于約400 μ m。
全文摘要
本發(fā)明提供了無錸的鎳基合金。更具體地講，所述合金包含優(yōu)選水平和比率的元素，以便未使用錸，γ基質(zhì)相和γ′析出物均獲得良好的高溫強(qiáng)度以及良好的耐環(huán)境性能。當(dāng)鑄造并定向凝固成單晶形式時(shí)，所述合金表現(xiàn)出好于或與含錸的單晶合金相當(dāng)?shù)目寡趸砸约芭c含錸的單晶合金相當(dāng)?shù)娜渥償嗔褖勖?。此外，如果需要，可將所述合金通過定向凝固加工成單晶形式或柱形結(jié)構(gòu)的制品，其含有細(xì)小枝晶臂間距，例如，小于400μm，使得可發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步提高制品的機(jī)械特性。
文檔編號(hào)C30B11/00GK102031419SQ20101050798
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者A·蘇祖基, M·F·X·小吉格利奧蒂, P·R·蘇布拉馬尼安, S-C·黃 申請(qǐng)人:通用電氣公司