專利名稱：耐高溫Ni基合金材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及航空、航天、軍工、熱電廠等使用的發(fā)動機、燃氣輪機等高溫材料領域，具體涉及一種耐高溫Ni基合金材料及其制備方法。
背景技術：
Rene’ 220合金是美國在N1-Cr-Fe基合金Inconel718基礎上研制的的一種N1-Cr-Co基耐高溫合金,與Inconel718相比,Rene’220合金中用Co代替Fe,增加了 Ta含量。由于新合金中去掉了 Fe，降低了有害相Laves的影響。而且用Co代替Fe后，合金的持久壽命得以很大提高。Ta的增加使合金在時效中形成大量的析出強化相，彌補了由于去掉Fe而帶來的強度損失。Rene’ 220合金的成分設計增加了強化相Y”的穩(wěn)定性，承受高溫能力提高了 50°C，同時保持了與Inconel718同樣優(yōu)秀的鑄造工藝和焊接工藝性能。但是，Rene’220合金的高溫持久性和高溫機械性能，并不能滿足航空、航天、軍工、熱電廠等使用的發(fā)動機、燃氣輪機的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種耐高溫Ni基合金材料，該材料組織均勻，高溫持久性好，具有良好的高溫機械性能。本發(fā)明的另一目的是提供上述材料的制備方法，該方法簡單易行，使合金材料組織中的Y”尺寸和分布均勻，數(shù)量較多，高溫持久壽命長，高溫機械性能好。一種耐高溫Ni基合金材料，按照重量百分含量由下列物質(zhì)組成:C 0.02-0.03%,Cr 18-19%, Co 12—13%，N b 4.5-5.1%，Mo 3.2-3.3%, Al 0.4-0.6%, Ti 0.8-1.2%, Ta2.9-3.1%，B 0.008-0.011%，余為 Ni。所述耐高溫Ni基合金材料的制備方法，包括如下步驟:
(O按照合金材料的組成配料；
(2)將配好的料放入真空感應爐中冶煉得到合金液，澆鑄得到合金錠；
(3)將合金錠加熱升溫至1135-1145°C，保溫3.5-4.5小時，空冷；將合金錠加熱升溫至1085-1095°C，保溫1-1.5小時，空冷；將合金錠加熱升溫至940 — 965°C，保溫1.5 — 2.5小時，空冷后即得所述耐高溫Ni基合金材料。步驟(2)中澆鑄溫度為1385-1395°C，模溫 940 — 965°C。有益效果:
本發(fā)明提供的耐高溫Ni基合金材料，是在Rene’220合金成分的基礎上研制的，發(fā)明人將其稱為M220合金。本發(fā)明提供了耐高溫Ni基合金材料的制備方法，主要研究了 M220合金中間處理工藝的必要性和中間處理的溫度和保溫時間，在此溫度下進行中間處理，可以使合金最終的組織具有優(yōu)異的高溫性能。通過本發(fā)明提供的制備方法，可以使耐高溫Ni基合金材料組織中高Nb、Ta區(qū)析出大量6相，從而促進后續(xù)時效工藝中得到的強化相尺寸和分布均勻，數(shù)量較多，高溫持久壽命長，具有良好的耐高溫性能和機械性能。


圖1是合金材料I的電鏡圖。圖2是合金材料4的電鏡圖。
具體實施例方式若無特殊說明，本發(fā)明中的百分數(shù)為重量百分含量。實施例1
配方 1:C 0.03%, Cr 18.8%, Co 12%, Nb 4.5 %，Mo 3.2%, Al 0.5%, Ti 1.0 %，Ta 3.0%,B 0.008%，余為 Ni。按照配方I配料，放入真空感應爐中冶煉得到合金液。將合金液在澆鑄溫度為1390°C，模溫960°C條件下澆鑄，約在10分鐘內(nèi)冷卻至室溫，得到合金錠。前期處理:將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至1140°C，保溫并4小時，取出空冷；將合金錠重新裝爐，加熱升溫至1090°C，保溫I小時，取出空冷。中間處理:將前期處理后的合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至950°C，保溫2小時，空冷后得合金材料I。合金材料I的組織如圖1所示，組織中枝晶間高Nb、Ta區(qū)域形成了很多條狀的6相。這樣的組織經(jīng)后續(xù)的時效處理后，沒有過大的Y”，強化相Y”的分布均勻，尺寸分布也比較均勻，從而具有較長的高溫持久壽命。實施例2
配方 2:C 0.03%, Cr 18.8%, Co 12%, Nb 5.0 %，Mo 3.2%, Al 0.5%, Ti 1.0 %，Ta 3.0%,B 0.008%，余為 Ni。按照配方2配料，放入真空感應爐中冶煉得到合金液。將合金液在澆鑄溫度為1390°C，模溫960°C條件下澆鑄，約在10分鐘內(nèi)冷卻至室溫，得到得到合金錠。前期處理:將合金錠置于熱處理爐中加熱升溫至1140°C，保溫并4小時，取出空冷；重新裝爐加熱升溫至1090°C，保溫I小時，取出空冷。中間處理:將前期處理后的合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至950°C并保溫兩小時，空冷后即得到合金材料2.通過電鏡圖發(fā)現(xiàn)，合金材料2組織中枝晶間高Nb、Ta區(qū)域形成了很多條狀的相。這樣的組織經(jīng)后續(xù)的時效處理后，沒有過大的Y”，強化相Y”的
分布均勻，尺寸分布也比較均勻，從而具有較長的高溫持久壽命。實施例3
配方 3:C 0.03%, Cr 18.8%, Co 12%, Nb 4.5%, Mo 3.2%, Al 0.5%, Ti 1.0%, Ta 3.0%, B
0.010%，余為 Ni。 按照配方3配料，放入真空感應爐中冶煉得到合金液。將合金液在澆鑄溫度為1390°C，模溫960°C條件下澆鑄，約在10分鐘內(nèi)冷卻至室溫，得到得到合金錠。前期處理:將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至1140°C，保溫4小時，使合金均勻化，取出空冷；將合金錠重新裝爐，加熱升溫至1090°C，保溫I小時，空冷。中間處理:將前期處理后的合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至960°C并保溫兩小時，空冷即可得合金材料3。從合金材料3的電鏡圖可以看出，組織中枝晶間高Nb、Ta區(qū)域形成了很多條狀的δ相。這樣的組織經(jīng)后續(xù)的時效處理后，沒有過大的Y”，強化相Y”的分布均勻，尺寸分布
也比較均勻，從而具有較長的高溫持久壽命。
實施例4
配方 4:C 0.03%, Cr 18.8%, Co 12%, Nb 4.5%, Mo 3.2%, Al 0.5%, Ti 1.0%, Ta 3.0%, B
0.010%，余為 Ni。按照配方4配料，放入真空感應爐中冶煉得到合金液。將合金液進行澆鑄得到合金錠。

前期處理:將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至1140°C，保溫4小時后空冷，使合金均勻化；將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至1090°C保溫I小時，空冷，即得合金材料4。合金材料4的電鏡觀察結果如圖2，組織中主要組成相是Y基體及分布在枝晶間區(qū)域的塊狀的laves相和碳化物，由于這些相中Nb、Ta大原子元素高，枝晶間呈白色或淺灰色，枝晶干為深色灰黑區(qū)域。從顏色的對比可以判斷合金元素的分布在枝晶間和枝晶干相差很大，這樣的組織經(jīng)后續(xù)的時效處理后，析出的強化相Y ”分布、尺寸都很不均勻，有的地方形成了條狀的δ相，從而具有較短的高溫持久壽命。
權利要求
1.一種耐高溫Ni基合金材料，按照重量百分含量由下列物質(zhì)組成:C 0.02-0.03%, Cr18-19%, Co 12-13%, Nb 4.5-5.1%, Mo 3.2-3.3%, Al 0.4-0.6%, Ti 0.8-1.2%，Ta 2.9-3.1%,B 0.008-0.011%，余為 Ni。
2.權利要求1所述耐高溫Ni基合金材料的制備方法，包括如下步驟: (O按照合金材料的組成配料； (2)將配好的料放入真空感應爐中冶煉得到合金液，澆鑄得到合金錠； (3)將合金錠加熱升溫至1135-1145°C，保溫3.5-4.5小時，空冷；將合金錠加熱升溫至1085-1095°C，保溫1-1.5小時，空冷；將合金錠加熱升溫至940 — 965°C，保溫1.5 — 2.5小時，空冷后即得所述耐高溫Ni基合金材料。
3.根據(jù)權利要求2所述耐高溫Ni基合金材料的制備方法，其特征在于:步驟(2)中澆鑄溫度為 1385-1395 °C，模溫 940 — 965°C。
全文摘要
本發(fā)明提供耐高溫Ni基合金材料及其制備方法，涉及高溫材料領域。所述材料為C0.02-0.03%，Cr18-19%，Co12-13%，Nb4.5-5.1%，Mo3.2-3.3%，Al0.4-0.6%，Ti0.8-1.2%，Ta2.9-3.1%，B 0.008-0.011%，余為Ni。其制備方法為配料，冶煉、澆鑄得到合金錠；將合金錠加熱升溫至1135-1145℃，保溫3.5-4.5小時，空冷；加熱升溫至1085-1095℃，保溫1-1.5小時，空冷；加熱升溫至940－965℃，保溫1.5－2.5小時，空冷。本發(fā)明材料，組織均勻，高溫持久性好，具有良好的高溫機械性能。
文檔編號C22C1/02GK103088235SQ201310060930
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月27日 優(yōu)先權日2013年2月27日
發(fā)明者王玲, 于永泗, 吳紅艷, 佟英杰 申請人:南京信息工程大學