專利名稱：燃?xì)廨啓C(jī)葉片合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于制造燃?xì)廨啓C(jī)部件的合金，這種合金例如可用來(lái)制造在燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪部分中的旋轉(zhuǎn)葉片。更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種具有足夠高鉻含量的鎳基合金，當(dāng)用該合金來(lái)制造一種定向固化的渦輪機(jī)葉片鑄件時(shí)，它既具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，又能維持高的強(qiáng)度。
燃?xì)廨啓C(jī)在其渦輪部分中具有很多旋轉(zhuǎn)葉片。這些葉片暴露于溫度超過(guò)1100℃(2000°F)的氣體中并受到強(qiáng)應(yīng)力的作用。因此，這種用于鑄造渦輪葉片的合金在經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚碇蟊仨毦哂泻芨叩膽?yīng)力斷裂強(qiáng)度以及足以在成千上萬(wàn)個(gè)工作小時(shí)中維持這種強(qiáng)度的冶金學(xué)穩(wěn)定性。這種合金還必須具有充分的韌性以使其能夠承受作用于渦輪葉片上的巨大熱應(yīng)力。另外，由于燃料和燃燒空氣中的雜質(zhì)，使得葉片周圍的氣體含有腐蝕性的化合物，例如硫化物和氯化物。因此，這種葉片合金還必須具有優(yōu)良的抗高溫腐蝕的性能和抗氧化性能。
通常是通過(guò)較大量的鉻加入渦輪葉片合金中而賦予它抗高溫腐蝕的性能。高的鉻含量能形成一層連續(xù)的不易溶解并從NaSo4熔體中再沉淀出來(lái)的氧化鉻鱗片，因此防止了合金的堿性造渣作用，這樣就為合金提供了一層有效的隔離層。而且，鉻能與硫結(jié)合形成高熔點(diǎn)的硫化物，因此防止了由于硫化作用而引起的剝蝕現(xiàn)象。正如在R.StreiffandD.H.Boone，“CorrosionResistantModifiedAluminideCoating，”JournalofMaterialsEngineering(1988)中所討論的那樣，為了獲得優(yōu)良的高溫抗腐蝕性能，鉻的最低含量應(yīng)為15%。
由InternationalNickelCompany制造的一種在商業(yè)上被稱為IN-738的鎳基合金，多年來(lái)在用于燃?xì)鉁u輪葉片方面取得了某些成功。在AmericanSocietyofMetalHandbook，9thed.Vol.4，P244上公開(kāi)的IN-738的典型組分(重量百分?jǐn)?shù))如下鎳61，鉻16.0，鈷8.5，鉬1.7，鎢2.6，鉭1.7，鈮0.9，鋁3.4，鈦3.4，碳0.17，硼0.01，和鋯0.10。另外，廠家建議，對(duì)于這種合金來(lái)說(shuō)，電子空位數(shù)不應(yīng)超過(guò)2.36。這種合金已公開(kāi)在美國(guó)專利No.3，459，545(Bleber)中，此處將其列為參考。
眾所周知，定向固化作用(借助這種作用可以產(chǎn)生一種單軸晶粒結(jié)構(gòu))能使多種鎳基合金提高其本身對(duì)循環(huán)熱應(yīng)力的耐受能力，并同時(shí)提高它的應(yīng)力斷裂強(qiáng)度，例如，美國(guó)專利No.4，519，979(Shaw)公開(kāi)了這樣一個(gè)事實(shí)，對(duì)一種在商業(yè)上被稱為IN-939的合金進(jìn)行定向固化處理后可使該合金在870℃和200N/mm2條件下的應(yīng)力斷裂壽命從原來(lái)的約850小時(shí)提高到1370小時(shí)，這種合金的重量百分組成為碳0.15，鉻22.5，鈷19，鎢2，鈦3.7，鋁1.9，鉭1.4，鈮1.0，鋯0.1硼0.01，以及余量為鎳。但是，本發(fā)明人已證實(shí)，定向固化處理只能少許地提高IN-738合金的應(yīng)力斷裂強(qiáng)度。

圖1示出，對(duì)于常規(guī)的鑄件(具有等軸晶粒結(jié)構(gòu))和定向固化的IN-738試樣，在三種溫度下的斷裂時(shí)間對(duì)應(yīng)力的關(guān)系曲線?？梢钥闯?，在870℃(1600°F)和925℃(1700°F)兩個(gè)溫度下的數(shù)據(jù)表明，當(dāng)應(yīng)力大于約275N/mm2(40KSI)時(shí)，定向固化試樣的斷裂壽命皆低于常規(guī)的鑄件試樣。
通常，可以觀察到，通過(guò)定向固化處理而獲得最大改善的合金具有三個(gè)特征-(ⅰ)相對(duì)較低的鉻含量;(ⅱ)較高的γ相體積百分?jǐn)?shù);(ⅲ)較高的溶解溫度。因此，正如前面所指出的，對(duì)于諸如IN-738這類化合金來(lái)說(shuō)，定向固化的優(yōu)點(diǎn)僅僅依靠降低它們的鉻含量來(lái)獲得，例如可以參見(jiàn)M。McLean，“DirectionallySolidifiedMaterialsforHighTemperatureService，”MetalsSociety，出版，倫敦(1983)，第153頁(yè)。這樣，一種用于定向固化渦輪葉片的在商業(yè)上被稱為GTD-111的通用合金具有一種典型的重量百分組成鉻14.0，鈷9.5，鋁3，鈦4.9，鉭2.8，鎢3.8，鉬1.5，硼0.01，碳0.1，以及余量為鎳，這種合金由R.Viswanathan在下列文獻(xiàn)中公開(kāi)，“DamageMechanismsandLifeAssessmentofHigh-TemperatureComponents，”由AmericanSocietyofMetals(1989)出版?？梢钥闯?，在GTD-111中，定向固化的好處是通過(guò)把在IN-738中所用的16%的鉻含量降低至只有14%的方法來(lái)獲得的。不幸的是，如上所述，這種相對(duì)較低的鉻含量導(dǎo)致抗蝕性能不符合要求。
因此，人們希望獲得這樣一種葉片合金，這種合金在進(jìn)行定向固化處理后具有高的強(qiáng)度，同時(shí)它又具有足夠量的鉻以使其能達(dá)到所需的抗蝕性能。
本發(fā)明的主要目的是提供一種適合用來(lái)鑄造燃?xì)廨啓C(jī)旋轉(zhuǎn)葉片的鎳基合金，并且這種合金在進(jìn)行定向固化處理后具有高的應(yīng)力斷裂強(qiáng)度，而其鉻含量至少為15%(重量)以使其達(dá)到優(yōu)良抗腐蝕性能，而且這種合金在長(zhǎng)時(shí)間的工作過(guò)程中是穩(wěn)定的。
從這一目的來(lái)看，本發(fā)明屬于一種燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片用的鎳基合金，該合金含有下列成分(重量百分比)鉻14.75至16.0鈷8.0至8.5鋁3.4至4.0鈦3.4至4.3鋁+鈦7.7至8.3鉭1.75至2.7鎢2.0至4.0碳0.05至0.12鎳余量下面將參考附圖來(lái)解釋本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施方案，通過(guò)這種解釋將使本發(fā)明變得更易理解，其中圖1是斷裂時(shí)間t(小時(shí))對(duì)應(yīng)力σ〔KSI(N/mm2)〕的曲線圖，試驗(yàn)時(shí)使用IN-738的常規(guī)鑄件(CC)和定向固化(DS)兩種試樣，該圖示出了定向固化處理對(duì)IN-738應(yīng)力斷裂強(qiáng)度的影響。
圖2是燃?xì)廨啓C(jī)旋轉(zhuǎn)葉片的一個(gè)等角圖。
圖3是斷裂時(shí)間t(千小時(shí))對(duì)應(yīng)力σ〔KSI(N/mm2)〕的柱狀圖表，該圖示出3類不同的試樣在870℃(1600°F)下受到4種不同大小的應(yīng)力作用時(shí)所具有的應(yīng)力斷裂壽命，所說(shuō)的3類試樣是(ⅰ)本發(fā)明合金在定向鑄造時(shí)的4種熱處理產(chǎn)品，SASI-SAS4;(ⅱ)常規(guī)鑄造的IN-738以及(ⅲ)定向固化的IN-6203。
圖2中示出的是一個(gè)用于燃?xì)廨啓C(jī)渦輪部分中的一個(gè)旋轉(zhuǎn)葉片1。本發(fā)明涉及可用來(lái)鑄造這類葉片的一種被稱為OM200的合金，特別是涉及使用定向固化鑄造方法來(lái)生產(chǎn)的這類合金。一般地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種含有下列成分(重量百分?jǐn)?shù))的合金鉻14.75-16.0，鈷8.0-8.5，鋁3.4-4.0，鈦3.4-4.3，鋁+鈦7.7-8.3，鉭1.75-2.7，鎢2.0-4.0，碳0.05-0.12，鈮≤0.5，鉬≤2.0以及余量為鎳。本發(fā)明的合金也可以含有某些通常與鎳基合金相結(jié)合的雜質(zhì)和非主要成分，例如重量百分?jǐn)?shù)為≤0.06的鋯，≤0.015的硼。最理想的是，本發(fā)明的合金主要含有下列成分(重量百分?jǐn)?shù))鉻約15.5，鈷約8.0，鋁約4.0，鈦約3.8，鋁+鈦約7.8，鉭約2.7，鎢約2.6，鉬0.5，碳約0.08以及余量為鎳。
如上所述，對(duì)于葉片合金來(lái)說(shuō)，抗腐蝕性和強(qiáng)度二者皆是重要的性能。鎳基合金的抗蝕性主要由鉻來(lái)提供。用于燃?xì)廨啓C(jī)部件的鎳基合金通過(guò)三種機(jī)制來(lái)強(qiáng)化(ⅰ)固溶體強(qiáng)化作用;(ⅱ)由于存在碳化物而獲得強(qiáng)化;(ⅲ)γ相強(qiáng)化。固溶體強(qiáng)化作用主要由鉬、鉻和鎢來(lái)提供，而在較小程度上也可由鈷、鐵和釩來(lái)提供。γ相強(qiáng)化主要由鋁和鈦來(lái)提供，它們是通過(guò)Ni3(Al和/或Ti)(一種fcc金屬互化物)的沉淀作用來(lái)使奧氏體強(qiáng)化。另外，在γ相中的鋁也可由鉭和鈮來(lái)取代。
由于鎳基超耐熱合金的強(qiáng)度隨著γ相體積百分?jǐn)?shù)增加(直至約60%)而增加，因此在本發(fā)明的合金中，能夠提高γ相體積百分?jǐn)?shù)的鋁、鈦、鉭和鈮的含量必須加以控制，以使得γ相能達(dá)到一個(gè)高的百分?jǐn)?shù)。合金中γ相的數(shù)量可以按照下面討論的，通過(guò)測(cè)定電子空位數(shù)Nv的方法來(lái)測(cè)定。表1示出了在本發(fā)明合金的4種熱處理規(guī)范中的γ相的數(shù)量(重量百分?jǐn)?shù))，它們分別是大約52、54、56和54。本發(fā)明合金的上述較佳組成具有約56%的γ相。作為比較，IN-738中γ相的數(shù)量大約為50%(重量)。(應(yīng)予指出，在本發(fā)明合金的4種熱處理規(guī)范之中，γ相含量的上述變化不會(huì)對(duì)合金的抗腐蝕性和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響)。
由于在高溫下工作，導(dǎo)致鎳基合金發(fā)生顯微結(jié)構(gòu)的變化。這種變化包括γ相的粗化，這種粗化對(duì)合金的強(qiáng)度產(chǎn)生不利的影響，同時(shí)還包括γ相轉(zhuǎn)變成一種不希望的拓?fù)渚o密堆積結(jié)構(gòu)的第二相，例如片狀或針狀的σ相、η相等。這些片狀相的形成對(duì)強(qiáng)度和韌度二者都產(chǎn)生不利影響。因此，為了保證在高溫條件下成千上萬(wàn)個(gè)工作小時(shí)的過(guò)程中保持高的強(qiáng)度和韌度，那些起強(qiáng)化作用的元素的組合必須按下述那樣小心地加以平衡，以使得這種合金具有一定程度的顯微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
眾所周知，電子空位數(shù)Nv是對(duì)合金的顯微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的一種量度。Nv的數(shù)值越高，形成上述的拓?fù)渚o密堆積結(jié)構(gòu)第二相的傾向性就越大，其例子可參見(jiàn)American Society of Metal Handbook，9th ed.Vol.4，p278。如一本名為“Alloy In-738，Technical Data”(由International Nickel Company出版，此處列為參考)的手冊(cè)中所記載的，電子空位數(shù)可以根據(jù)下式來(lái)計(jì)算Nv＝0.66Ni+1.71Co+2.66Fe+4.66(Cr+Mo+W)+6.66Zr。為了能將在基體中的每一種元素的原子百分?jǐn)?shù)代入該方程式中，先要將各個(gè)組分的重量百分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)變成原子百分?jǐn)?shù)，并且假設(shè)(ⅰ)有一半的碳按照TaC、NbC、TiC的次序形成碳化物MC;(ⅱ)剩余的碳與M(包含23個(gè)Cr原子)形成M23C6;(ⅲ)硼化合成Mo3B2;(ⅳ)γ相是Ni3(Al、Ti、Ta、Nb)以及(Ⅴ)剩余的基體部分的組成由各原子的百分?jǐn)?shù)減去這些原子在碳化物、硼化物中以及參加到γ相反應(yīng)中所占的份額，這樣根據(jù)剩余的原子百分?jǐn)?shù)的總數(shù)可獲得各種原子在基體中的濃度。將這些原子百分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換成以100%為基礎(chǔ)，這樣就獲得了用來(lái)代入上式的每種元素的原子百分?jǐn)?shù)。由于希望維持低數(shù)值的Nv，因此在本發(fā)明合金中各成分的調(diào)節(jié)應(yīng)使得除了能獲得高強(qiáng)度以外，還可保證合金中的電子空位數(shù)不超過(guò)約2.4。在該合金的較佳組成中，電子空位數(shù)等于約2.4。
如上所述，γ相中的鋁可以被鈮和/或鉭以及鈦來(lái)取代。但是，由于用Ti、Nb或Ta來(lái)取代Ni3Al中的Al，這樣會(huì)對(duì)奧氏體基體和γ相的晶粒之間的錯(cuò)合產(chǎn)生不利的影響，這些化合物的穩(wěn)定性依照穩(wěn)定性降低的次序排列為Ni3Al、Ni3Ti和Ni3Nb(或Ta)。其結(jié)果使得鈦/鋁比例在γ相的粗化中起主要的作用。而且鈦/鋁比例在γ相轉(zhuǎn)變成上述的不希望的片狀相的過(guò)程中也起一種主要的作用。因此，為了盡可能地降低γ相的粗化程度以及提高γ相的穩(wěn)定性，鈦/鋁比例通常應(yīng)保持低于2∶1(重量)。通過(guò)加入鎢，也可以阻止γ相轉(zhuǎn)變成不希望的針狀或片狀相。
為了評(píng)價(jià)本發(fā)明合金的穩(wěn)定性，對(duì)于經(jīng)過(guò)在871℃(1600°F)和206.9N/mm2(30KSI)條件下試驗(yàn)的蠕變斷裂試樣，用金相學(xué)方法來(lái)測(cè)定其肩部及被夾持部分中的σ、η和μ相。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些試樣在871℃下承受應(yīng)力直到4000小時(shí)也沒(méi)有產(chǎn)生任何不希望的相，因此可以認(rèn)為，本發(fā)明的合金是穩(wěn)定的。
在本發(fā)明的合金中，鋁、鈦、鉭、鈮和鉬的含量必須平衡，以使得該合金在定向固化處理后既能達(dá)到高的強(qiáng)度，同時(shí)又能保持優(yōu)良的顯微結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。很有意義的是，不需要降低鉻的含量就可以達(dá)到所需的結(jié)果。這樣就不會(huì)對(duì)抗腐蝕性能產(chǎn)生不利影響，然而降低鉻合量是迄今為止被本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)為是必須的。具體地說(shuō)，當(dāng)與IN-738相比較時(shí)，在本發(fā)明合金中的鋁和鈦的含量各自都必須提高到3.4%這一最低限量，而鋁+鈦的總含量的最低限量為7.7%。鋁和鈦的最高含量分別為4.0%和4.3%，而鋁+鈦的最高總含量為8.3%。另外，鈮和鉬的含量皆必須降低，以使得在最佳的組合物中不含鈮和只含0.5%的鉬。在本發(fā)明的合金中，至多只允許含有0.5%的鈮和2%的鉬。但是，鉻含量必須維持在14.75%至16%的范圍內(nèi)，以使該合金能保持所需的抗腐蝕性能。鎢維持在2.0%至4.0%的范圍內(nèi)而鉭維持在1.75%至2.7%的范圍內(nèi)。鋯和硼分別被限定在不大于0.06%和0.015%，并且這兩種元素中的任何一種皆不存在于最佳的組合物中。碳維持在0.05%至0.12%的范圍內(nèi)。并且，如上所述，在本發(fā)明的合金中，各元素皆被調(diào)節(jié)到上述的范圍內(nèi)，以使得電子空位數(shù)維持在不大于約2.4的范圍，因此可以保證能夠達(dá)到所需的顯微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
由于上述的結(jié)果，當(dāng)采用定向固化法來(lái)鑄造時(shí)，本發(fā)明的合金盡管在鉻含量較高的情況下，其強(qiáng)度也是高的。很有意義的是，通過(guò)顯著地降低鈮和鉬的含量(與IN-738相比)，可以使本發(fā)明的合金獲得優(yōu)良的顯微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，這樣就可以提高鋁和鈦的含量而不會(huì)導(dǎo)致電子空位數(shù)過(guò)高。
使用表1中所示的成分(重量百分?jǐn)?shù))來(lái)制備被標(biāo)志為SAS1至SAS4的本發(fā)明的合金的4種熱處理規(guī)范的產(chǎn)品。用這幾種熱處理規(guī)范來(lái)鑄造用于進(jìn)行定向固化處理的試樣，這種對(duì)IN-738所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)熱處理規(guī)范為在1121℃(2050°F)下溶解熱處理2小時(shí)，接著在843℃(1550°F)下時(shí)效處理24小時(shí)。對(duì)這些試樣進(jìn)行各種測(cè)試并將其結(jié)果與常規(guī)的IN-738鑄件和定向固化的IN-6203相比較。所說(shuō)的IN-6203是一種鎳基合金，其標(biāo)稱組分為(重量百分?jǐn)?shù))鉻22.0，鈷19.0，鋁2.3，鈦3.5，鉭1.10，鈮0.80，鎢2.00，硼0.01，碳0.15，鋯0.10，鉿0.75以及余量為鎳。
對(duì)這些按SAS1、SAS3和SAS4熱處理規(guī)范制得的試樣在871℃(1600°F)下進(jìn)行低疲勞度試驗(yàn)的結(jié)果示于表Ⅱ中，這些數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明合金的循環(huán)壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)IN-738。對(duì)按熱處理規(guī)范SAS1制得的三個(gè)試樣(分別取自鑄造試驗(yàn)棒的頂部、中部和底部)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的結(jié)果列于表Ⅲ中，這些數(shù)據(jù)表時(shí)，本發(fā)明合金的沖擊強(qiáng)度與IN-738相差不大。應(yīng)注意，這里的IN-738有低碳和高碳兩種形式，因此所列數(shù)據(jù)分別與這兩種形式相適應(yīng)。相對(duì)于常規(guī)的高碳IN-738來(lái)說(shuō)，其低碳形式中的碳含量由0.17%降低至0.11%，鋯含量由0.10%降低至0.05%(重量)。
應(yīng)力斷裂試驗(yàn)的結(jié)果示于表Ⅳ和表Ⅴ以及圖3中，其中，將按這4種熱處理規(guī)范中的每一種規(guī)范制成的試樣與用常規(guī)方法鑄造的IN-738和定向固化的IN-6203試樣進(jìn)行對(duì)比。從這些數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)采用定向固化時(shí)，本發(fā)明合金的應(yīng)力斷裂壽命明顯地超過(guò)IN-738和IN-6203，例如，在69N/mm2(10KSI)時(shí)，本發(fā)明的合金能在比IN-738和I-6203的試驗(yàn)溫度高出56℃(100°F)的溫度下獲得與前二者相同的斷裂壽命。當(dāng)應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)的葉片時(shí)，這種提高了的金屬承受溫度的能力允許渦輪機(jī)在更高的氣體溫度下工作，因此大大改善了渦輪機(jī)的性能。
在用本發(fā)明的合金來(lái)制造渦輪機(jī)葉片鑄件時(shí)，最好使用真空感應(yīng)熔煉法和利用定向固化的真空鑄造法。定向固化作用可使得經(jīng)過(guò)定向的晶粒邊界基本上平行于葉片主要應(yīng)力軸的方向，并且?guī)缀鯖](méi)有任何被定向的晶粒邊界正交于主要應(yīng)力軸的方向。用于定向固化的技術(shù)在本領(lǐng)域中是眾所周知的，例如可參看美國(guó)專利Nos.3，260，505(VerSnyder);3，494，709(Piearcey)以及3，897，815(Smashey)，此處將這些文獻(xiàn)列為參考。
γ相的分布情況取決于熱處理規(guī)范以及所用的成分。對(duì)于諸如IN-738一類鎳基合金的標(biāo)準(zhǔn)熱處理規(guī)范(也就是在一次溶解熱處理后接著進(jìn)行一次時(shí)效處理)能生成一種雙重的γ相一種粗的立方體的原始γ相和一種細(xì)的球形的γ相，它們的數(shù)量大致相等。粗的γ相是一種不溶解的γ相，在溶解處理時(shí)它不會(huì)進(jìn)入溶液中。因此，存在于合金中的粗γ相的數(shù)量取決于溶液的溫度，該溫度應(yīng)低于γ相的溶線溫度(當(dāng)達(dá)到溶線溫度時(shí)，所有的γ相將進(jìn)入溶液中)，也就是說(shuō)，溶液溫度越低，粗γ相的數(shù)量越大。細(xì)γ相形成于時(shí)效處理階段，它的數(shù)量取決于在溶解處理階段沒(méi)有進(jìn)入溶液中的γ相的數(shù)量。
與常規(guī)的鑄造部件相比，定向固化的部件以更慢的速率冷卻。其結(jié)果，定向固化產(chǎn)生了較粗的初始的γ相，因此導(dǎo)致與常規(guī)鑄造的部件相比，定向固化部件中的立方γ相的體積百分?jǐn)?shù)較高而球形γ相的體積百分?jǐn)?shù)較低。不幸的是，高體積百分比的粗γ相對(duì)強(qiáng)度有不利影響。在γ相分布上的這種差異可以通過(guò)使熱處理，特別是使溶解處理最優(yōu)化的方法來(lái)減小到最低程度，這種熱處理是根據(jù)γ相的溶線溫度和開(kāi)始熔化的溫度來(lái)進(jìn)行，這兩種溫度都取決于合金的成分。通常，最好是使熱處理的溫度處于溶線溫度與開(kāi)始熔化的溫度之間。因此，為了獲得熱處理的充分好處，溶線溫度應(yīng)明顯地低于開(kāi)始熔化的溫度。不幸的是，雖然鋁、鈦、鉭和鈮可以提高γ相的體積百分?jǐn)?shù)并因此提高了合金的強(qiáng)度，但是如上所述，它們也能增高溶線溫度和降低開(kāi)始熔化的溫度，因此縮小了熱處理的溫度區(qū)域(heattreatmentwindow)。
相應(yīng)于本發(fā)明合金的三種熔體的γ溶線溫度與開(kāi)始熔化的溫度示于表Ⅵ中。這兩種溫度采用差熱分析法和溫度梯度棒(gradientbar)(即金相學(xué))的方法來(lái)測(cè)定，在該方法中，將溫度梯度棒暴露于1066℃(1950°F)至1427℃(2300°F)之間的不同溫度下保持4小時(shí)，然后將其風(fēng)冷?？梢钥闯?，溶線溫度在1211℃至1229℃之間變化。作為對(duì)比，IN-738的溶線溫度約為1204℃(2200°F)。如上所述，IN-738通常規(guī)定在1121℃(2050°F)下溶解處理2小時(shí)并接著在843℃(1550°F)下時(shí)效處理24小時(shí)。用于本發(fā)明合金的不同的熱處理規(guī)范是根據(jù)合金的開(kāi)始熔化溫度和溶線溫度來(lái)建立的，這些規(guī)范將在下面作進(jìn)一步的討論。表Ⅵ
SAS1SAS3SAS4開(kāi)始熔化的溫度,℃124112291229γ相的溶線溫度,℃121112111229根據(jù)本發(fā)明，作為鑄造的葉片可按下面4種方式中的任一種方式進(jìn)行熱處理(ⅰ)在1121℃(2050°F)下溶解處理2小時(shí)，接著在843℃(1550°F)下時(shí)效處理24小時(shí);(ⅱ)在1149℃(2100°F)下溶解處理4小時(shí)，接著在843℃(1550°F)下時(shí)效處理24小時(shí);(ⅲ)在1204℃(2200°F)下溶解處理4小時(shí)，接著在1121℃(2050°F)下再溶解處理2小時(shí)，最后在843℃(1550°F)下時(shí)效處理24小時(shí);以及(ⅳ)在1204℃(2200°F)下溶解處理4小時(shí)，接著在1149℃(2100°F)下再溶解處理4小時(shí)，最后在843℃(1550°F)下時(shí)效處理24小時(shí)。這類熱處理由于可以在γ相基體中產(chǎn)生一種雙重的γ相結(jié)構(gòu)和在晶粒界面上產(chǎn)生不連續(xù)的碳化鉻，因此可以最大程度地提高合金的機(jī)械強(qiáng)度。使用更高的溶解溫度將減少粗γ相的數(shù)量并增加細(xì)γ相的數(shù)量，因此可以進(jìn)一步強(qiáng)化該合金。
雖然上面已經(jīng)參考一種用于鑄造渦輪機(jī)葉片的合金解釋了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明的合金還可用來(lái)制造在高溫下具有高強(qiáng)度和優(yōu)良抗腐蝕性能的其他部件。因此，在不違背本發(fā)明的精神和基本要點(diǎn)的條件下，本發(fā)明還可用于其他的具體形式，因此，應(yīng)該由所附的權(quán)利要求書(shū)而不是由上述的具體說(shuō)明來(lái)作為本發(fā)明范圍的限定。
權(quán)利要求
1.一種用用燃?xì)廨啓C(jī)葉片的鎳基合金，該合金含有下列成分(重量百分?jǐn)?shù))鉻 14.75-16.0鈷 8.0-8.5鋁 3.4-4.0鈦 3.4-4.3鋁+鈦 7.7-8.3鉭 1.75-2.7鎢 2.0-4.0碳 0.05-0.12鎳 余量
2.根據(jù)權(quán)利要求1的合金，其中，所說(shuō)合金的電子空位數(shù)不超過(guò)約2.4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的合金，其中，鎢和碳的重量百分?jǐn)?shù)分別為約2.6和約0.09。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的合金，該合金另外還含有下列成分(重量百分?jǐn)?shù))鈮 0.0-0.5鉬 0.0-2.0鋯 0.0-0.06硼 0.0-0.015
5.根據(jù)權(quán)利要求4的合金，其中(按重量百分?jǐn)?shù)計(jì))，鎢約為2.6，碳約為0.09，鉬為0.60-1.75，鋯約為0.04以及硼約為0.01。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的合金，該合金含有下列成分(重量百分?jǐn)?shù))鉻 約15.5鈷 約8.0鋁 約4.0鈦 約3.8鋁+鈦 約7.8鉭 約2.6鎢 約2.6碳 約0.08鉬 約0.5鎳 余量。
全文摘要
提供了一種適用于制造諸如旋轉(zhuǎn)葉片等燃?xì)廨啓C(jī)部件的鎳基合金。該合金含有下列成分(重量百分?jǐn)?shù))鉻14.75—16.0，鈷8.0-8.5，鋁3.4—4.0，鈦3.4—4.3，鋁+鈦7.7—8.3，鉭1.75—2.7，鎢2.0—4.0，鈮≤0.5，鉬≤2.0，碳0.05—0.12以及余量為鎳。本發(fā)明的合金還可以含有與鎳基合金相結(jié)合的雜質(zhì)和一些非主要成分，例如鋯≤0.06和硼≤0.015(重量百分?jǐn)?shù))。
文檔編號(hào)C22C19/05GK1076508SQ9310299
公開(kāi)日1993年9月22日 申請(qǐng)日期1993年3月17日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月18日
發(fā)明者N·S·徹拉吾 申請(qǐng)人:西屋電氣公司