一種高強(qiáng)度、抗氧化的鈷基高溫合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高溫合金技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用y'相強(qiáng)化的高強(qiáng)度、抗氧 化鈷基高溫合金。
【背景技術(shù)】
[0002] 高溫合金部件是燃?xì)鉁u輪航空發(fā)動機(jī)中的核心熱端部件，其所能承受的溫度和高 溫強(qiáng)度水平直接決定了發(fā)動機(jī)的性能水平。目前航空發(fā)動機(jī)中所采用的熱端材料主要以由 Ni3Al型y'相強(qiáng)化的Ni基高溫合金和利用固溶強(qiáng)化的Co基高溫合金為主。隨著發(fā)動機(jī) 性能要求不斷提升，高溫材料需要更高的承溫能力和更強(qiáng)的高溫力學(xué)性能。為此，人們不斷 提高鎳基合金的Al、Ti、Nb等元素含量，以提高Y'強(qiáng)化相的數(shù)量。但是，合金化程度的提 高必將會帶來偏析嚴(yán)重、熱加工窗口變窄而導(dǎo)致鎳基變形高溫合金"難變形"問題，即生產(chǎn) 成材率較低、且尚難生產(chǎn)較大尺寸的渦輪盤。"高強(qiáng)度"鎳基高溫合金"難變形"的問題迫切 需要解決。同時，鈷基高溫合金由于僅僅利用固溶強(qiáng)化和碳化物強(qiáng)化，因此其強(qiáng)度一直都迫 切需要進(jìn)一步提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度、抗氧化的鈷基高溫合金，用納米析出相Y' 相強(qiáng)化的高強(qiáng)抗氧化鈷基高溫合金，滿足了發(fā)動機(jī)熱端部件的實(shí)際服役條件，即同時獲得 具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度和優(yōu)良的抗氧化性。新型Y'相強(qiáng)化的鈷基高溫合金不僅具有比傳統(tǒng) 鈷基高溫合金高溫強(qiáng)度更高的優(yōu)點(diǎn)，同時具有較寬的熱加工窗口和較窄的凝固區(qū)間，因此 這種新型鈷基高溫合金還具有良好的凝固特性和熱加工性能。
[0004]本發(fā)明的化學(xué)成分（質(zhì)量％ ):C0.02-0. 10,Al2.5-6,W12-18,Cr5-10,Ni 25-45,Ti0.5-4,B0.001-0. 008,S<0.03,P<0.03,余量為Co。其熱處理工藝是在 1250-1300°C固溶處理，并在800-950°C時效處理。
[0005] 本發(fā)明的鈷基高溫合金，是利用穩(wěn)定析出的Ll2結(jié)構(gòu)的Co3(A1、W)型Y'相來獲 得優(yōu)異的高溫強(qiáng)度。相比傳統(tǒng)Ni基合金，Y'相強(qiáng)化的新型Co基合金具有如下特點(diǎn)：（1) 在使用溫度區(qū)間可具有更高的T'強(qiáng)化相體積分?jǐn)?shù)，產(chǎn)生更高的強(qiáng)化效果；（2)Y'強(qiáng)化 相回溶溫度相對低、初熔溫度更高，使合金的熱加工溫度窗口較大；（3)初熔/全熔溫度區(qū) 間較窄，凝固偏析傾向較小。
[0006] 本發(fā)明高強(qiáng)抗氧化鈷基高溫合金的成分特點(diǎn)考慮了如下因素：
[0007] 鎳：Ni是保證形成奧氏體的重要元素與Cr元素配合以保持高的抗氧化腐蝕性能； Ni元素的添加可以擴(kuò)大y+丫'兩相區(qū)，穩(wěn)定丫'相，因此Ni含量在25%以上。
[0008] 鋁：Al在本發(fā)明中是一個重要的強(qiáng)化相形成元素，它主要與Co和W形成Ll2結(jié)構(gòu) 的強(qiáng)化相，獲得穩(wěn)定、細(xì)小的強(qiáng)化相而產(chǎn)生良好的強(qiáng)化效果。
[0009] 鎢：W在本發(fā)明中也是一個重要的強(qiáng)化相形成元素，它與Co和Al形成均勻分布的 Co3(A1，W)型y'強(qiáng)化相，同時它也能起到一定固溶強(qiáng)化的效果，最終獲得高強(qiáng)度的鈷基高 溫合金。利用Co3 (Al,W)型y'強(qiáng)化相獲得材料的高溫強(qiáng)度是本發(fā)明合金設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)之 O
[0010] 鈦：Ti元素在本發(fā)明中能夠起到穩(wěn)定丫'強(qiáng)化相，同時獲得更多數(shù)量丫'相的作 用，進(jìn)一步提高材料的高溫強(qiáng)度，這也是本發(fā)明組織設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)之一。
[0011] 鉻：Cr是提高抗氧化腐蝕性能的主要元素，在蒸汽氧化的條件下可以形成富Cr的 致密氧化層，保護(hù)材料不被進(jìn)一步氧化，因此應(yīng)保證Cr含量在5%以上；同時Cr能與C元 素形成碳化物，可以在晶內(nèi)析出，起到第二相強(qiáng)化的效果，亦可在晶界析出，起到釘扎晶界 的作用，使材料獲得良好的強(qiáng)度。在這種新型鈷基高溫合金中添加Cr元素以提高材料的抗 氧化性能，這也是本發(fā)明成分設(shè)計(jì)的特點(diǎn)之一。
[0012] 硫：S是高溫合金中一種有害雜質(zhì)元素，特別是對熱塑性不利，因?yàn)镾偏聚晶界，降 低晶界結(jié)合力，致使高溫持久強(qiáng)度降低。本發(fā)明要求S控制在0. 03%以下盡可能低的含量。
[0013] 磷：P是高溫合金中一種有害雜質(zhì)元素，會產(chǎn)生一定的脆性。P也是偏聚晶界的不 利雜質(zhì)元素。本發(fā)明要求P控制在0. 03%以下盡可能低的含量。
[0014] 硼：B是一種強(qiáng)化晶界有效的微量有利元素。硼偏聚晶界一方面能控制晶界M23C6 碳化物的形貌，另一方面硼有強(qiáng)化晶界的作用而增加合金的持久強(qiáng)度。但是過量的B會產(chǎn) 生過多的硼化物共晶反而削弱晶界結(jié)合力。因此，B的加入要適量，本發(fā)明中B的含量要控 制在0. 001-0. 008 %范圍內(nèi)。
[0015] 碳：C的添加一方面可以穩(wěn)定奧氏體組織，另一方面會形成碳化物析出強(qiáng)化，本發(fā) 明要求C控制在0.02-0. 10%范圍內(nèi)。
[0016] 本發(fā)明是合理配比A1、W元素含量以獲得穩(wěn)定析出的丫'強(qiáng)化相，在此基礎(chǔ)上添加 適量的Ti兀素進(jìn)一步提尚y'強(qiáng)化相的數(shù)量，同時添加Cr兀素提尚材料的抗氧化性能，最 終獲得同時具備優(yōu)良的高溫強(qiáng)度和良好的抗氧化性能的新型鈷基高溫合金。
【附圖說明】
[0017] 圖1為納米析出相Ll2Sy'相的掃描電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 現(xiàn)將本發(fā)明用實(shí)施例來作詳細(xì)描述。實(shí)施例是對本發(fā)明實(shí)施方式及過程的一種描 述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的成分范圍，對本發(fā)明新型鈷基高溫合金做了多組實(shí)施例。實(shí)施例中 將利用y'相強(qiáng)化的鈷基高溫合金和傳統(tǒng)鈷基高溫合金HayneslSS進(jìn)行對比，顯現(xiàn)出新合 金良好的高溫強(qiáng)度。
[0020] 表1為實(shí)施例和比較例（Haynesl88)的成分（質(zhì)量％ )
[0021]
[0022] Haynesl88 中Fe含量為I. 46%，La含量為 0? 082%。
[0023] 表2為本發(fā)明新合金高強(qiáng)抗氧化鈷基高溫合金與Haynesl88鈷基高溫合金拉伸性 能對比
[0024]
[0025] 表2中本發(fā)明新合金的拉伸性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明該新鋼種具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度，這 是本發(fā)明的一大優(yōu)點(diǎn)。
[0026] 本發(fā)明的合金還具有下述優(yōu)點(diǎn)，其熱加工窗口約為350°C，隨著成分的變化，其熱 加工窗口略有變化。與傳統(tǒng)鎳基合金相比（熱加工窗口在l〇〇°C左右），這種新型鈷基高溫 合金的熱加工窗口明顯寬于鎳基高溫合金，因此該新合金具有良好的熱加工性能，這是本 發(fā)明的一大優(yōu)點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高強(qiáng)度、抗氧化的鈷基高溫合金，其特征在于，化學(xué)成分質(zhì)量％為：c 0.02-0. 10, Al 2. 5-6, W 12-18, Cr 5-10, Ni 25-45, Ti 0.5-4, B 0.001-0. 008, S <0.03， P < 0. 03,余量為Co ;其熱處理工藝是在1250-1300°C固溶處理，并在800-950°C時效處理。
【專利摘要】一種高強(qiáng)度、抗氧化的鈷基高溫合金，屬于高溫合金技術(shù)領(lǐng)域。合金的化學(xué)成分質(zhì)量％為：C？0.02-0.10，Al？2.5-6，W？12-18，Cr？5-10，Ni？25-45，Ti？0.5-4，B？0.001-0.008，S＜0.03，P＜0.03，余量為Co。其熱處理工藝是在1250-1300℃固溶處理，并在800-950℃時效處理。新型γˊ相強(qiáng)化的鈷基高溫合金不僅具有比傳統(tǒng)鈷基高溫合金高溫強(qiáng)度更高的優(yōu)點(diǎn)，同時具有較寬的熱加工窗口和較窄的凝固區(qū)間，因此這種新型鈷基高溫合金還具有良好的凝固特性和熱加工性能。
【IPC分類】C22C19/07
【公開號】CN105088018
【申請?zhí)枴緾N201510574406
【發(fā)明人】于鴻垚, 畢中南, 唐超, 杜金輝, 呂旭東
【申請人】鋼鐵研究總院, 北京鋼研高納科技股份有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年9月10日