專(zhuān)利名稱：一種鎳基合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種鎳基合金及其制備方法，尤其涉及一種耐空蝕鎳基合金的制備方法，屬于材
料工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
空蝕是水利機(jī)械過(guò)流部件上、水利水電工程中、高速軸承以及船用螺旋槳上最為
常見(jiàn)的現(xiàn)象，同時(shí)也是一種極具破壞性的水力現(xiàn)象，對(duì)水利機(jī)械和水工建筑物會(huì)造成蝕坑、
麻點(diǎn)、引起諸如噪聲、振動(dòng)等次生現(xiàn)象，是造成過(guò)流部件和水中建筑損壞的主要原因，嚴(yán)重
威脅工程的安全進(jìn)行，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著艦船、水輪機(jī)等流體機(jī)械不斷向高速、大
功率方向發(fā)展，空蝕問(wèn)題變得更為突出，對(duì)材料抗空蝕性提出了更高要求。 目前常用葉片材料主要集中在碳鋼、鋁青銅和不銹鋼等三個(gè)方面，實(shí)際的使用結(jié)
果表明這三種材料的耐空蝕性能均不是很佳。特別是艦船螺旋槳用的鋁青銅材料，其抗空
蝕性能不是很好，且其由空蝕所造成的噪聲較大，不利于水中隱蔽。另外，還有將一些表面
處理技術(shù)(如離子注入)應(yīng)用于常用的葉片材料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過(guò)表面處理后的葉片材
料的抗空蝕性能仍不是很理想。本專(zhuān)利所設(shè)計(jì)的耐空蝕合金屬于高等的鎳基合金。由于
鎳木身為面心立方結(jié)構(gòu)，晶體學(xué)上的穩(wěn)定中性使得它能夠比鐵基合金容納更多的合金元索
鉻，鉬等以達(dá)到抵抗各種環(huán)境的能力。加上鎳本身表面很容易形成一層鈍化膜，使其具有一
定的抗腐蝕能力，尤其是抵抗氯離子引起的應(yīng)力腐蝕能力是所有的不銹鋼所不能比擬的。
這種抗腐蝕性的差距在還原性的環(huán)境、復(fù)雜的混合酸環(huán)境以及含有鹵索離子的溶液中尤其
明顯，所以鎳基合金常用于化工設(shè)備中，特別是非?？量痰母g環(huán)境中。 傳統(tǒng)的空蝕觀點(diǎn)認(rèn)為空蝕過(guò)程發(fā)生主要是由于實(shí)際流體中存在的空氣、蒸汽微團(tuán) 及固體顆粒等異相介質(zhì)會(huì)降低流體的破壞強(qiáng)度，從而使高速流動(dòng)的液體因局部壓力下降而 容易產(chǎn)生空化，形成空泡。當(dāng)這些空泡進(jìn)人流體的高壓區(qū)后受到壓縮而潰滅，便產(chǎn)生一種頻 率很高、壓力很大的微射流或沖擊波打擊工件的表面，進(jìn)而產(chǎn)生所謂的空蝕破壞。與傳統(tǒng)觀 點(diǎn)不同，我們對(duì)空蝕發(fā)生的機(jī)理提出了一些新的看法，空蝕要發(fā)生介質(zhì)中首先要有微顆粒 存在，當(dāng)微顆粒的尺寸達(dá)到1微米左右時(shí)空蝕現(xiàn)象最嚴(yán)重，微粒尺寸過(guò)大或過(guò)小均不會(huì)造 成空蝕的發(fā)生，即使有空泡或空泡的破裂存在。我們?nèi)藶榻橘|(zhì)中單獨(dú)的空泡存在或破裂不 會(huì)造成空蝕的發(fā)生，因?yàn)樵诮橘|(zhì)中單獨(dú)的空泡是向壓強(qiáng)低的方向遷移，低壓強(qiáng)不會(huì)造成空 泡的破裂。當(dāng)介質(zhì)中存在一定尺寸的微顆粒時(shí)，微顆粒會(huì)和空泡合成一體順著流速方向進(jìn) 行遷移，當(dāng)遇到材料表面的凸起后空泡和顆粒的組合體就會(huì)形成漩渦，同時(shí)組合體會(huì)得到 材料表面一個(gè)法向的速度，這個(gè)速度大致為30米/秒，當(dāng)組合體趨近到材料表面100納米 內(nèi)時(shí)，組合體與材料表面形成高壓場(chǎng)，這個(gè)高壓場(chǎng)促使空泡破裂，破裂造成高速的微射流夾 帶微顆粒沖擊材料表面，這個(gè)沖擊速度可以達(dá)到3000米/秒，從而造成空蝕的發(fā)生。而微顆 粒普遍帶有負(fù)電性，材料電極電位為正其表面會(huì)吸附大量的負(fù)電荷，依據(jù)同性電荷相斥的 原理，當(dāng)微顆粒到達(dá)材料表面時(shí)其速度就會(huì)大大降低甚至反向移動(dòng)，這樣就可以有效地緩 解材料表面空蝕的發(fā)生。本專(zhuān)利所設(shè)計(jì)的高等鎳基合金其表面會(huì)自發(fā)地形成一層非常致密的鈍化膜，這層鈍化膜可使基體的電極電位達(dá)到正值，這樣一來(lái)剛好符合抗空蝕性能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種鎳基合金尤其耐空蝕性能優(yōu)異的鎳基合金材料及其制 備方法。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的制備方法為將重量百分比為《0.02%的" 《1. 0%的Si，《1. 0%的Mn，《0. 04%的P，《0. 03%的S，21. 0 23. 5%的Cr，6. 0 8. 0%的Mo，《5. 0%的Co， 18 21%的Fe， 1. 5 2. 5%的Cu，《0. 5%的Nb，《1. 5%的 W和48 55 %的Ni真空熔煉爐內(nèi)在1100 125(TC下熔煉；待各元素熔化后將合金液澆 入金屬快冷模中，并將合金液的冷卻速度控制在102k/s 105k/s，冷卻至室溫即可。
按照本發(fā)明的制備方法制得的耐空蝕合金含重量百分比為0. 012%的C，O. 28% 的Si，O. 28%的Mn，O. 011 %的P，O. 002 %的S，21. 0 23. 5 %的Cr，6. 0 8. 0 %的Mo， 《5. 0 %的Co， 18 21 %的Fe， 1. 5 2. 5 %的Cu，《0. 5 %的Nb，《1. 5 %的W和48 55%的Ni。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出性效果所得合金基體自身具有較高的電 極電位，不用采用表面處理技術(shù)進(jìn)行處理；所得合金沒(méi)有磁性；所得合金具有較高的強(qiáng)度 和韌性指標(biāo)，特別是改合金的抵抗高溫變形的能力非常強(qiáng)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種耐空蝕合金的制備方法，其制備方法如下將純度分別為 99. 99%的Ni、Cr、Co、Fe、Mn、Cu、Mo和W等元素于真空熔煉爐內(nèi)根據(jù)所設(shè)計(jì)的配方1100 125(TC進(jìn)行熔煉，熔液采用快速冷卻的辦法進(jìn)行凝固，冷卻速度控制在102k/s 105k/s， 冷卻至室溫即可。鑄態(tài)合金在熱處理爐內(nèi)1100°C 125(TC下保溫20 25個(gè)小時(shí)，然后對(duì)材料進(jìn)行
熱壓，熱壓壓力為5噸，隨后將鍛件升溫到IIO(TC，保溫10個(gè)小時(shí)，然后水中淬火。本發(fā)明合金基體為鎳，添加鐵、鉻、鉬和錳等合金元素。制備的新型合金由于屬于
鎳基合金，其表面會(huì)自發(fā)形成一層非常致密的鈍化膜，這層鈍化膜能顯著提高基體合金的
表面電負(fù)性，提高了其表面電極電位，從而提高了其抗空蝕的能力。 下面提供幾個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明. 實(shí)施例1 : 首先將重量百分比為:49%的附，6. 8X的Mo，18. 8X的Fe，0. 58X的Mn，22. 7%的 Cr， 0. 6 %的W和1. 6 %的Cu等于真空熔煉爐內(nèi)在1230°C下熔煉；然后待各元素充分熔化 后將合金液澆入金屬快冷模中，并將合金液的冷卻速度控制在102k/s冷卻至室溫即可，按 照本實(shí)施例制備方法制得的鎳基合金含重量百分比為48. 5%的Ni，6. 8%的Mo， 18. 8%的 Fe，O. 58X的Mn，22. 5%的Cr，O. 012X的C，0. 86%的Si，O. 011X的P，0. 002%的S，O. 05% 的Nb，0.6X的W和1.55X的Cu。鑄態(tài)合金在熱處理爐內(nèi)120(TC下保溫25個(gè)小時(shí)，然后對(duì) 材料進(jìn)行熱鍛，鍛壓壓力為5噸，隨后將鍛件升溫到IIO(TC，保溫10個(gè)小時(shí)后水中淬火。
實(shí)施例2: 首先將重量百分比為49. 4%的Ni，6. 5X的Mo，19X的Fe，O. 6%的Mn，22X的Cr，O. 7X的W和1. 8X的Cu等于真空熔煉爐內(nèi)在121(TC下熔煉；然后待各元素充分熔化后 將合金液澆入金屬快冷模中，并將合金液的冷卻速度控制在102k/s冷卻至室溫即可，按照 本實(shí)施例制備方法制得的鎳基合金含重量百分比為49. 2%的Ni，6. 5%的Mo， 19%的Fe， 0. 6%的Mn，22X的Cr，O. 01%的C，O. 22%的Si，O. 009%的P，O. 003%的S，O. 02%的Nb， 0. 668X的W和1.75X的Cu。鑄態(tài)合金在熱處理爐內(nèi)1200。C下保溫20 25個(gè)小時(shí)，然后 對(duì)材料進(jìn)行熱鍛，鍛壓壓力為5噸，隨后將鍛件升溫到IIO(TC，保溫IO個(gè)小時(shí)后水中淬火。
實(shí)施例3: 首先將重量百分比為50. 2%的Ni，7X的Mo，19X的Fe，O. 7%的Mn，21. 5%的 Cr，0.01X的W和1.96X的Cu等于真空熔煉爐內(nèi)在125(TC下熔煉；然后待各元素充分熔 化后將合金液澆入金屬快冷模中，并將合金液的冷卻速度控制在102k/s冷卻至室溫即可， 按照本實(shí)施例制備方法制得的鎳基合金含重量百分比為50X的Ni，7X的Mo，19X的Fe， 0. 7%的Mn，21X的Cr，O. 02%的C，O. 30%的Si，O. 008%的P，O. 002%的S，O. 01%的Nb， 0. 01X的W和1.95X的Cu。鑄態(tài)合金在熱處理爐內(nèi)120(TC下保溫20 25個(gè)小時(shí)，然后對(duì) 材料進(jìn)行熱鍛，鍛壓壓力為5噸，隨后將鍛件升溫到IIO(TC，保溫10個(gè)小時(shí)后水中淬火。
由于本發(fā)明大量添加鎳和鉻等合金元素，使得合金屬于高鎳基合金的范圍，經(jīng) 過(guò)熱處理加工后合金的抗拉強(qiáng)度達(dá)到了 870MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到了 820MPa，延伸率達(dá)到了 20.6%。實(shí)際使用環(huán)境中的空蝕和噪聲實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明的耐空蝕合金的空蝕現(xiàn)象以 及噪聲大大減小。表明該合金可以作為一種耐空蝕合金加以推廣。
權(quán)利要求
一種鎳基合金，其特征在于，該合金含重量百分比為0.012％的C，0.28％的Si，0.28％的Mn，0.011％的P，0.002％的S，21.0～23.5％的Cr，6.0～8.0％的Mo，≤5.0％的Co，18～21％的Fe，1.5～2.5％的Cu，≤0.5％的Nb，≤1.5％的W和48～55％的Ni。
2. —種鎳基合金的制備方法，其特征在于，該方法步驟如下1) 將重量百分比為《0.02%的C，《1.0%的Si，《1.0X的Mn，《0. 04X的P， 《0. 03 %的S，21. 0 23. 5%的Cr，6. 0 8. 0 %的Mo，《5. 0 %的Co， 18 21 %的Fe，`1. 5 2. 5%的Cu，《0. 5%的Nb，《1. 5%的W和48 55%的Ni真空熔煉爐內(nèi)在1100 125(TC下熔煉；2) 待各元素熔化后將合金液澆入金屬快冷模中，并將合金液的冷卻速度控制在102k/ s 105k/s，冷卻至室溫，即得到所述鎳基合金。
全文摘要
一種鎳基合金及其制備方法，屬于材料工程技術(shù)領(lǐng)域。將重量百分比≤0.02％碳，≤1.0％硅，≤1.0％錳，≤0.04％磷，≤0.03％硫，21.0～23.5％鉻，6.0～8.0％鉬，48～55％鎳等真空熔煉爐內(nèi)1100～1250℃熔煉；澆入金屬快冷模中控制冷卻速度102k/s～105k/s，冷卻至室溫。所制得的鎳基合金重量百分比0.012％碳，0.28％硅，0.28％錳，0.011％磷，0.002％硫，21.0～23.5％鉻，6.0～8.0％鉬，≤5.0％鈷，18～21％鐵，1.5～2.5％銅，≤0.5％鈮，≤1.5％鎢和48～55％鎳。本發(fā)明鎳基合金沒(méi)有磁性；耐空蝕能力強(qiáng)，空蝕過(guò)程中噪聲小。
文檔編號(hào)C22C19/05GK101709410SQ20091024263
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者李黨國(guó), 汪家道, 陳大融, 陳皓生 申請(qǐng)人:清華大學(xué)