專利名稱：一種含鉬的Ni的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫合金材料，更特別地說，是指一種含鉬的Ni3Al基單晶高溫合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
Ni3Al是一種金屬間化合物，具有作為高溫材料的一系列優(yōu)點(diǎn)，如延展性好，高溫強(qiáng)度高，抗氧化性好等。
Mo在高溫合金中被用作固溶強(qiáng)化元素。Mo不但是γ相的有效強(qiáng)化元素，也是強(qiáng)化γ′相的重要合金化元素。與W、Ta、Nb和Hf等其它難熔元素相比，Mo在γ相和γ′相中都具有較高的固溶度。
目前，應(yīng)用于高性能燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的高溫合金材料中均不同程度地添加了鎢W、錸Re、釕Ru以及鉭Ta等高熔點(diǎn)金屬，而使其密度較高，同時(shí)Re、Ta及Ru等是貴金屬，也增加了合金制造成本，對于航空發(fā)動機(jī)的廣泛應(yīng)用不利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種含鉬的Ni3Al基單晶高溫合金材料，該高溫合金通過添加Mo元素，使Mo固溶于Ni3Al基體中，從而增大對位錯運(yùn)動的阻力達(dá)到強(qiáng)化合金的目的，并且由于Mo在高溫下在Ni和Ni3Al中的擴(kuò)散系數(shù)小，起到提高合金高溫穩(wěn)定性的作用。
本發(fā)明是一種含鉬的Ni3Al基單晶高溫合金材料，由Ni、Al和Mo元素組成，其化學(xué)式為Ni-7.3～8.5wt％Al-13.5～15wt％Mo。
本發(fā)明制備一種含鉬的Ni3Al基單晶高溫合金材料，有下列步驟A熔煉制棒材第一步，按重量份稱取Ni、Al、Mo單質(zhì)材料，先將Ni和Mo直接放入IS65V8型真空感應(yīng)爐中，然后在合金化期加入Al；第二步，抽感應(yīng)爐的真空度至1Pa以下；第三步，調(diào)節(jié)熔煉溫度至1500±10℃，熔煉時(shí)間20～25min；
然后，加熱爐內(nèi)溫度至1560±10℃，保溫3～5min；然后，斷電降溫至1500±10℃，帶電澆注制合金棒材；所述合金棒材隨爐冷卻10～20min后取出；B制單晶高溫合金材料第四步，將上述第三步中制得的合金棒材放入ISP05DS/SC定向單晶生長爐內(nèi)的氧化鋁坩堝中；第五步，抽定向單晶生長爐的真空度至1.0～2.0×10-1Pa；第六步，采用螺旋選晶法制Ni3Al基單晶高溫合金，調(diào)節(jié)單晶爐內(nèi)溫度至1550±10℃；使熔融的金屬液自動從氧化鋁坩鍋中流入模殼中，同時(shí)使水冷銅板與模殼及金屬液以3～5mm/min的速度向下移動拉晶；拉晶結(jié)束后，隨爐冷卻5～10min后取出，即制得含Mo的Ni3Al基單晶高溫合金。
本發(fā)明含鉬的Ni3Al基單晶高溫合金材料的優(yōu)點(diǎn)在于(1)提供了一種密度較低的單晶高溫合金，其密度只有7.8～7.9g/cm3，可以滿足航空發(fā)動機(jī)低密度、高推重比的要求；(2)由于沒有添加Re、Ta及Ru等貴金屬元素，顯著降低了合金制造成本；(3)在高溫、高應(yīng)力條件下，具有良好的高溫持久強(qiáng)度和塑性，其在1100℃/130Mpa條件下的高溫持久性能可達(dá)到239:35小時(shí)。


圖1是本發(fā)明高溫合金材料在不同Al含量的高溫持久性能曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明是一種含鉬的Ni3Al基單晶高溫合金材料，由Ni、Al和Mo元素組成，其化學(xué)式為Ni-7.3～8.5wt％Al-13.5～15wt％Mo。
制備一種含鉬的Ni3Al基單晶高溫合金材料，有下列步驟A熔煉制棒材第一步，按重量份稱取Ni、Al、Mo單質(zhì)材料，先將Ni和Mo直接放入IS65V8型真空感應(yīng)爐中，然后在合金化期加入Al；第二步，抽感應(yīng)爐的真空度至1Pa以下；第三步，調(diào)節(jié)熔煉溫度至1500±10℃，熔煉時(shí)間20～25min后；然后，加熱爐內(nèi)溫度至1560±10℃，保溫3～5min后；
然后，斷電降溫至1500±10℃，帶電澆注制合金棒材；所述合金棒材隨爐冷卻10～20min后取出；B制單晶高溫合金材料第四步，將上述第三步中制得的合金棒材放入ISP05DS/SC定向單晶生長爐內(nèi)的氧化鋁坩堝中；第五步，抽定向單晶生長爐的真空度至1.0～2.0×10-1Pa；第六步，采用螺旋選晶法制Ni3Al基單晶高溫合金，調(diào)節(jié)單晶爐內(nèi)溫度至1550±10℃；使熔融的金屬液自動從氧化鋁坩鍋中流入模殼中，同時(shí)使水冷銅板與模殼及金屬液以3～5mm/min的速度向下移動拉晶；拉晶結(jié)束后，隨爐冷卻5～10min后取出，即制得含Mo的Ni3Al基單晶高溫合金。
實(shí)施例1制Ni-7.6wt％Al-14wt％Mo單晶高溫合金A熔煉制棒材第一步，按重量份稱取Ni、Al、Mo單質(zhì)材料，先將Ni和Mo直接放入IS65V8型真空感應(yīng)爐中，然后在合金化期加入Al；第二步，抽感應(yīng)爐的真空度至0.75Pa以下；第三步，調(diào)節(jié)熔煉溫度至1500℃，熔煉時(shí)間25min后；然后，加熱爐內(nèi)溫度至1558℃，保溫4min后；然后，斷電降溫至1500℃，帶電澆注制合金棒材；所述合金棒材隨爐冷卻12min后取出；B制單晶高溫合金材料第四步，將上述第三步中制得的合金棒材放入ISP05DS/SC定向單晶生長爐內(nèi)的氧化鋁坩堝中；第五步，抽定向單晶生長爐的真空度至0.13Pa；第六步，采用螺旋選晶法制Ni3Al基單晶高溫合金，調(diào)節(jié)單晶爐內(nèi)溫度至1550℃；使熔融的金屬液自動從氧化鋁坩鍋中流入模殼(選取的模殼直徑為15mm)中，同時(shí)使水冷銅板與模殼及金屬液以4mm/min的速度向下移動拉晶；拉晶結(jié)束后，隨爐冷卻8min后取出，即制得含Mo的Ni3Al基單晶高溫合金。
采用線切割法，將上述方法制得的含Mo的Ni3Al基單晶高溫合金截取直徑d＝15mm、長L＝100mm，測得密度為7.80g/cm3。并加工高溫持久試樣，試樣的工作部位尺寸為Φ5×25mm，采用設(shè)備型號為MП-3Γ的固定載荷蠕變試驗(yàn)機(jī)，在1100℃、130Mpa測試條件下測得鑄態(tài)Ni3Al基單晶結(jié)構(gòu)材料高溫持久性能為203:40小時(shí)，其延伸率為9.40％，斷面收縮率為22.52％。
制備多個本發(fā)明的高溫合金材料，請見表一所示，表中在不同材料組份、不同工藝條件下制得的含Mo的Ni3Al基單晶高溫合金材料。從表中可以看出，隨著Al含量從7.3wt％增加到8.5wt％，Ni3Al基單晶高溫合金的高溫持久性能出現(xiàn)了先增加后減少的現(xiàn)象(參見圖1所示)。
由于本發(fā)明含鉬的Ni3Al基單晶高溫合金材料的組織由單晶組成，因此消除了Ni3Al基等軸合金和定向凝固合金中存在的晶界，避免了晶界對合金高溫力學(xué)性能的不利影響，可以大幅度提高Ni3Al基合金的高溫力學(xué)性能。
本發(fā)明單晶高溫合金材料采用高鉬含量高性能低成本Ni3Al基單晶高溫結(jié)構(gòu)材料不僅可以發(fā)揮其優(yōu)良的高溫力學(xué)性能、良好的抗疲勞性和大的比強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可以大幅度減輕航空發(fā)動機(jī)的重量、提高發(fā)動機(jī)的推重比以及有效降低發(fā)動機(jī)的制造成本。目前，這種高鉬含量Ni3Al基單晶高溫結(jié)構(gòu)材料的高溫持久性能已經(jīng)達(dá)到了第二代單晶高溫合金的水平，但成本與密度比后者顯著降低。因此，高鉬含量Ni3Al基單晶高溫結(jié)構(gòu)材料可以進(jìn)一步滿足航空燃?xì)鉁u輪機(jī)向高流量比、高推重比、低成本方向發(fā)展的要求。
表一不同材料組份、不同工藝條件下制得的含Mo的Ni3Al基單晶高溫合金材料及其性能

權(quán)利要求
1.一種含鉬的Ni3Al基單晶高溫合金材料，其特征在于化學(xué)式為Ni-7.3～8.5wt％Al-13.5～15wt％Mo。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鉬的Ni3Al基單晶高溫合金材料，其特征在于化學(xué)式為Ni-7.8wt％Al-15wt％Mo。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鉬的Ni3Al基單晶高溫合金材料，其特征在于化學(xué)式為Ni-7.6wt％Al-13.8wt％Mo。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鉬的Ni3Al基單晶高溫合金材料，其特征在于化學(xué)式為Ni-8.0wt％Al-14wt％Mo。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鉬的Ni3Al基單晶高溫合金材料，其特征在于密度為7.8～7.9g/cm3，高溫持久壽命126～239小時(shí)，延伸率5～15％，斷面收縮率20～40％。
6.制備權(quán)利要求1所述的含鉬的Ni3Al基單晶高溫合金材料的方法，其特征在于有下列步驟A熔煉制棒材第一步，按重量份稱取Ni、Al、Mo單質(zhì)材料，先將Ni和Mo直接放入真空感應(yīng)爐中，然后在合金化期加入Al；第二步，抽感應(yīng)爐的真空度至1Pa以下；第三步，調(diào)節(jié)熔煉溫度至1500±10℃，熔煉時(shí)間20～25min后；然后，加熱爐內(nèi)溫度至1560±10℃，保溫3～5min后；然后，斷電降溫至1500±10℃，帶電澆注制合金棒材；所述合金棒材隨爐冷卻10～20min后取出；B制單晶高溫合金材料第四步，將上述第三步中制得的合金棒材放入定向單晶生長爐內(nèi)的氧化鋁坩堝中；第五步，抽定向單晶生長爐的真空度至1.0～2.0×10-1Pa；第六步，采用螺旋選晶法制Ni3Al基單晶高溫合金，調(diào)節(jié)單晶爐內(nèi)溫度至1550±10℃；使熔融的金屬液自動從氧化鋁坩鍋中流入模殼中，同時(shí)使水冷銅板與模殼及金屬液以3～5mm/min的速度向下移動拉晶；拉晶結(jié)束后，隨爐冷卻5～10min后取出，即制得含Mo的Ni3Al基單晶高溫合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含鉬的Ni
文檔編號C22C1/03GK1916214SQ20061011309
公開日2007年2月21日 申請日期2006年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月11日
發(fā)明者李樹索, 韓雅芳, 孔志剛 申請人:北京航空航天大學(xué)