專利名稱：一種高強抗熱腐蝕鎳基單晶高溫合金的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鎳基單晶高溫合金技術領域，具體涉及主要適用于在高溫熱腐蝕條件下承受較高應力的零部件的一種高強鎳基單晶高溫合金。
背景技術：
海洋環(huán)境下的艦載機，地面燃氣輪機等科技領域的發(fā)展，要求發(fā)動機材料不僅要具有較高的力學性能，還應具有一定的抗熱腐蝕能力。目前我國研制的第一代單晶合金主要有DD3、DD26、DD402和DD8等合金。除DD8外，這些合金的抗熱腐蝕性能均較差。DD8合金雖有較強的抗熱腐蝕性能，但強度明顯低于其它單晶合金。因此，目前具有高強度的抗熱腐蝕單晶合金在國內的種類較少。針對上述背景，人們期望獲得一種抗熱腐蝕鎳基單晶高溫合金，在具有良好抗熱腐蝕性能的同時，拉伸、持久、疲勞等性能與國內典型第一代單晶合金DD3、DD26、DD402等相當?shù)母邚姸鹊谝淮篃岣g單晶高溫合金。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種高強抗熱腐蝕第一代鎳基單晶高溫合金，該合金在獲得與國內典型第一代單晶高溫合金相當力學性能的同時，具有良好的抗熱腐蝕性能。本發(fā)明提供了一種高強抗熱腐蝕鎳基單晶高溫合金，所述合金的組成成分構成和各成分的質量百分含量滿足下述要求:Cr:10.0 15.0%, Co:8.0 12.0%, Mo:0.5 3.0%, W:3.0 6.0%, Ta:4.0
7.0%，Α1:3.0 5.0%，T1:3.0 5.0%, C:0 0.4%，其余為 Ni，6.5 彡 Al+Ti 彡 9，Al/Ti ( I。本發(fā)明提供的高強抗熱腐蝕鎳基單晶高溫合金，所述合金的組成成分構成和各成分的質量百分含量滿足下述要求:Cr: 11.0 13.0%, Co:8.5 9.5%, Mo: 1.5 2.5%, W:3.0 4.5%, Ta:4.0 6.0%, Al:3.0 4.0%, Ti:4.0 5.0%, C:0 0.2%，其余為 Ni, 7.3 ^ Al+Ti ( 8.5，Al/Ti ( I。本發(fā)明提供的聞強抗熱腐蝕鎮(zhèn)基單晶聞溫合金，所述鎮(zhèn)基單晶聞溫合金中，雜質的成分和質量百分含量滿足下述要求:0 ( 0.003，N^0.002，S^0.004，P ( 0.018，Si ( 0.2，Pb ( 0.0005，Bi ( 0.00005。
`
本發(fā)明合金(合金牌號取名為DD13)的化學成分設計主要基于如下理由:合金成分是影響熱腐蝕的關鍵因素，通過添加合金元素可以促進合金表面穩(wěn)定氧化膜的形成，降低合金的熱腐蝕速率。高溫合金中，Cr是改善合金抗熱腐蝕性能最有效的合金元素，一定的Cr含量能形成抗熱腐蝕Cr2O3保護膜。但是合金中Cr含量過高時會引起拓撲密排相(TCP)的析出。所以抗熱腐蝕高溫合金中Cr含量為10.0 15.0wt.%。Co對TCP相有抑制作用，擴大熱處理窗口，但過高的Co含量會降低固溶溫度，導致合金高溫性能的降低，為保證合金的高溫性能，Co含量控制在8.0 12.0wt.%。
Mo、W是高溫合金中最重要的固溶強化元素，但它們都是促進TCP相形成元素，對于合金的組織穩(wěn)定性十分不利。而且W、Mo在高溫氧化環(huán)境下，極易生成揮發(fā)性的氧化物，難易形成致密的氧化膜，在有Na2SO4的環(huán)境中，容易引起酸性熔融反應，產生嚴重的熱腐蝕，特別是高Mo的合金，常發(fā)生災難性的腐蝕。因此，限制Mo、W的含量分別小于3.0wt.%和 6.0wt.% οAl、T1、Ta是高溫合金中最主要的沉淀強化Y’相形成元素。Ti還有利于提高合金的抗熱腐蝕性能，Al能明顯提高合金的抗氧化性能，但對液態(tài)Na2SO4的防護性能極差，所以，合金的Ti/Al比大于1，且6.5彡Al+Ti彡9。Ta除了有效地提高合金的熱強性以外，同時還能增加合金的抗氧化性能、耐腐蝕性能和鑄造性能，但Ta過高，合金中共晶含量高，使合金的熱處理變得極為困難，結合這些因素本發(fā)明控制Ta含量在4.0 7.0wt.%。適量C的加入可提高合金的鑄造性能，降低合金的再結晶傾向，特別是C的加入生成小尺寸顆粒狀碳化物能夠強化晶界，從而提高單晶合金的小角晶界容限，進而提高合金的成品率。但過量C的加入會 降低合金的性能，因此，將C含量控制在0-0.4wt.%。本發(fā)明所述鎳基單晶高溫合金利用純N1、Co、Cr、W、Mo、Ta、T1、Al、C等元素在真空感應爐中熔煉，并澆注成化學成分符合要求的母合金，然后再通過定向凝固設備(高速凝固法或液態(tài)金屬冷卻法)重熔、利用螺旋選晶器或仔晶法定向凝固成單晶試棒。使用前需經過熱處理。針對現(xiàn)有技術背景，本發(fā)明發(fā)展了一種高強抗熱腐蝕第一代鎳基單晶高溫合金，其抗熱腐蝕性能與M38合金相當，力學性能達到甚至超過了典型第一代高強單晶高溫合金DD3、DD26、DD402 水平。本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果說明如下:(I)與現(xiàn)有的其它鎳基單晶高溫合金相比，本發(fā)明合金具有優(yōu)異的抗熱腐蝕性能，900°C熱腐蝕能力與M38相當。(2)本發(fā)明合金的持久性能與典型第一代單晶高溫合金DD3、DD26、DD402相當甚至更優(yōu)，982°C /248MPa下持久壽命>60h ；760°C /793MPa下持久壽命>140h，是高強的抗熱
腐蝕單晶高溫合金。(3)本發(fā)明合金在900°C長期時效組織穩(wěn)定。


圖1為本發(fā)明合金與現(xiàn)有技術中第一代單晶高溫合金DD3、DD26、DD402和DD8的Larson-Miller曲線比較圖；圖2為本發(fā)明合金900° C熱腐蝕性能的測試；圖3為本發(fā)明合金低周疲勞性能的測試；圖4為本發(fā)明合金900° C長期時效2000h后顯微組織。
具體實施例方式以下實施例將對本發(fā)明予以進一步的說明，但并不因此而限制本發(fā)明。具體制備方法要求:采用真空感應爐熔煉，先澆注成化學成分符合要求的母合金，然后再制備單晶試棒，使用前須經過熱處理。
實施例1-8:本發(fā)明鎳基單晶高溫合金試樣的化學成分均參見表I。為了方便對比，表I中也列
出了典型第一代鎳基單晶高溫合金DD3、DD26、DD402和DD8的化學成分。表I本發(fā)明合金(實施例1-8)和DD3、DD26、DD402、DD8的化學成分組成列表
(wt.%)
權利要求
1.一種高強抗熱腐蝕鎳基單晶高溫合金，其特征在于:所述合金的組成成分構成和各成分的質量百分含量滿足下述要求:Cr:10.0 15.0%, Co:8.0 12.0%, Mo:0.5 3.0%,ff:3.0 6.0%, Ta:4.0 7.0%,Al:3.0 5.0%, Ti:3.0 5.0%, C:0 0.4%，其余為 Ni，6.5 ≤ Al+Ti ≤ 9，Al/Ti ≤ I。
2.按照權利要求1所述的高強抗熱腐蝕鎳基單晶高溫合金，其特征在于，所述合金的組成成分構成和各成分的質量百分含量滿足下述要求:Cr:1L O 13.0%, Co:8.5 9.5%, Mo:L 5 2.5%, W:3.0 4.5%, Ta:4.0 6.0%,Al:3.0 4.0%, Ti:4.0 5.0%,C:0 0.2%，其余為 Ni，7.3 ≤ Al+Ti ≤ 8.5，Al/Ti ≤ I。
3.按照權利要求1或2所述的高強抗熱腐蝕鎳基單晶高溫合金，其特征在于:所述鎳基單晶高溫合金中 ，雜質的成分和質量百分含量滿足下述要求:0 ( 0.003，N^0.002，S≤ 0.004，P ≤ 0.018，Si≤ 0.2，Pb ≤ 0.0005，Bi ≤0.00005。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高強抗熱腐蝕鎳基單晶高溫合金，該合金的組成成分構成和各成分的質量百分含量為Cr10.0～15.0%，Co8.0～12.0%，Mo0.5～3.0%，W3.0～6.0%，Ta4.0～7.0%，Al3.0～5.0%，Ti3.0～5.0%，C0～0.4%，其余為Ni，6.5≤Al+Ti≤9，Al/Ti≤1。該合金不僅具有優(yōu)良的抗熱腐蝕性能，還具有較高的高溫力學性能、良好的組織穩(wěn)定性。既可以適用于地面與艦用燃氣輪機高溫部件，又可以適用于航天、航空發(fā)動機高溫部件。
文檔編號C30B29/52GK103114225SQ20121015723
公開日2013年5月22日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權日2011年11月16日
發(fā)明者王棟, 劉暢, 張功, 張健, 樓瑯洪 申請人:中國科學院金屬研究所