專利名稱：：一種γ”強(qiáng)化的高性能鑄造鎳基高溫合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及工業(yè)技術(shù)-金屬材料科學(xué)，特別提供了一種Y"強(qiáng)化的高性能鑄造鎳基高溫合金。
背景技術(shù)：
：Inconel718合金是由美國國際鎳公司(INCOAlloysInternational)亨廷頓分公司(Huntington)的H丄.Eiselstein研制成功，并于1959年公開，是一種以體心四方Ni3Nb(Y，)和面心立方Ni3(Al，Ti,Nb)(Y，)析出強(qiáng)化的鎳一鉻一鐵基變形高溫合金。該合金在-253650。C之間具有高的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和塑性，同時具有良好的抗腐蝕、抗輻照、熱加工及焊接性能。在高溫合金整體精密鑄造技術(shù)高速發(fā)展的背景下，最初作為變形高溫合金發(fā)展起來的Incond718合金自1965年起也開始以鑄造合金形式應(yīng)用于航空航天產(chǎn)業(yè)，相應(yīng)的鑄造合金牌號為Inconel718C。近年來，隨著適應(yīng)大型鑄件生產(chǎn)的大型熱等靜壓(HIP)設(shè)備的發(fā)展，以及補(bǔ)焊和鑄后熱處理等工藝研究的深入，更復(fù)雜結(jié)構(gòu)、更薄壁厚的大型Inconel718C結(jié)構(gòu)鑄件制造工藝日趨成熟，已逐漸取代鍛件的焊接組合件，廣泛應(yīng)用于各種航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣和航天發(fā)動機(jī)的渦輪泵殼體等部件的制造領(lǐng)域。我國于1968年開始仿制Incond718合金，國內(nèi)牌號為GH4169。作為鑄造高溫合金Inconel718C的仿制型號，我國發(fā)展了K4169合金，并已初步應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)整體鑄造擴(kuò)壓器機(jī)匣和承力環(huán)等部件中。盡管Incond718合金性能優(yōu)異，但由于其主要強(qiáng)化相Y"-Ni3Nb是亞穩(wěn)定相，當(dāng)溫度超過大約65(TC時，y'迅速長大粗化，并轉(zhuǎn)化成其穩(wěn)定相S，導(dǎo)致合金強(qiáng)度和持久壽命迅速下降，因而該合金一般只允許在650'C下長期使用。為此本發(fā)明針對合金Y"相穩(wěn)定性差，易轉(zhuǎn)變?yōu)镾相而降低合金性能的問題，發(fā)展一種700'C強(qiáng)度水平與Inconel718C(K4169)合金650'C強(qiáng)度相當(dāng)，且經(jīng)700'C長期時效后仍能保持組織和性能穩(wěn)定的新合金。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服K4169合金工作溫度超過大約65(TC時，合金強(qiáng)度和持久壽命迅速下降的缺點，特別提供一種Y"強(qiáng)化的高性能鑄造鎳基商溫合金o本發(fā)明提供了一種Y"強(qiáng)化的高性能鑄造鎳基高溫合金，其特征在于:合金成分重量百分比如下C:0.007-0.07;B:0.007-0.09;Ce:0-0.10;Y:0-0.10;C0:10.0-15.0;Cr:15.0-20.0;M0:1.0-4.0;A1:0.2-3.0;Ti:0.5-3.0;W:0-3.0;Nb:2.0-6.0;Ta:0-6.0;Ni余量；其中雜質(zhì)含量S￡0.01，P^O.01，Si^O.2，Pb^O.0005，Bi^O.OOOl,Mn$0.2，F(xiàn)e^O.5。發(fā)明合金為鑄造高溫合金。通過對降低Nb元素的含量以減少和抑制合金元素的凝固偏析，降低發(fā)明合金的凝固溫度范圍。圖l顯示No.l合金凝固區(qū)間為6(TC,明顯小于Incond718合金約IO(TC的凝固區(qū)間，這有利于改善合金鑄造工藝性能。發(fā)明合金室溫至700"C強(qiáng)度全面超過Inconel718C(K4169)和Rene220合金，700'C強(qiáng)度與Inconel718C(K4169)和Rene220合金室溫強(qiáng)度水平相當(dāng)，持久性能也顯著提高，且發(fā)明合金經(jīng)700°C1000小時時效后，室溫和70(TC拉伸強(qiáng)度進(jìn)一步提高、持久性能也保持與時效前水平相當(dāng)。由圖1可見，No.l合金凝固峰值溫度129(TC，最終凝固溫度135(TC，凝固區(qū)間范圍為60。C。本的優(yōu)點本發(fā)明合金在70(TC具備良好的組織穩(wěn)定性，具備優(yōu)異的室溫至700。C拉伸性能和70(TC持久性能，可以滿足更高使用溫度和性能要求的航空發(fā)動機(jī)整體精密鑄造機(jī)匣的需求。圖1為本發(fā)明合金(No.l合金)凝固過程中的DSC曲線，冷速速率為5°C/min。具體實施例方式實施例1本發(fā)明合金(No.1合金)，合金成分如表1所示。采用冶煉工藝為母合金化清后150(TC精煉10分鐘，冷卻至1400。C澆注，殼溫800。C。采用熱處理制度為1180°C，4小時，空冷一775°C，4小時，爐冷至70(TC—700°C，IO小時，空冷。表lNo.l合金成分，wt%<table>complextableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2No.1合金力學(xué)性能及其與K4169性能對比<table>complextableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>No.1合金力學(xué)性能及其與K4169性能對比如表2所示?？梢姲l(fā)明的No.1合金室溫拉伸屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度比K4169合金提高不大，但700°C拉伸強(qiáng)度和700°C/580MPa持久壽命均比K4169合金有顯著提高。實施例2本發(fā)明No.2合金成分見表3，冶煉和熱處理工藝同實施例1。表3No.2合金成分，wt%<table>complextableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本發(fā)明No.2合金力學(xué)性能及其與K4169性能對比如表4所示?？梢奛o.2合金室溫、70(TC拉伸屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度以及700°C/580MPa持久壽命均比K4169合金有顯著提高。表4No.2合金力學(xué)性能及其與K4169性能對比<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例4:本發(fā)明No.4合金成分見表7，冶煉和熱處理工藝同實施例1。表7No.4合金成分，wt%<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>本發(fā)明No.4合金力學(xué)性能及其與K4169性能對比如表8所示。可見No.4合金室溫、70(TC拉伸屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度以及700°C/580MPa持久壽命均比K4169合金有顯著提高。表8No.4合金力學(xué)性能及其與K4169性能對比<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例5:No.1合金按實施例1進(jìn)行冶煉和熱處理后，再進(jìn)行70(TC1000h長期時效，隨后進(jìn)行70(TC/620MPa持久性能測試，長期時效前后持久性能結(jié)果見表9?？梢?，No.1合金經(jīng)70(TC1000小時長期時效持久性能比長期時效前不但沒有降低，反而有所提高。表9No.1合金長期時效前后700°C/620MPa持久性能對比<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例6:本發(fā)明No.4合金，冶煉和熱處理工藝同實施例l，其不同溫度下的拉伸性能及其與K4169合金的性能對比如表10所示?？梢姳景l(fā)明No.4合金在2570(TC各個溫度的屈服和斷裂強(qiáng)度均顯著高于K4169合金。表10No.4合金與K4169合金不同溫度下的拉伸性能對比<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例7:No.4合金按實施例1進(jìn)行冶煉和熱處理后，再進(jìn)行70(TC500h長期時效，隨后進(jìn)行700XV620MPa持久性能測試，長期時效前后持久性能結(jié)果見表ll?？梢?，該合金經(jīng)700'C500小時長期時效持久性能比長期時效前不但沒有降低，反而有所提高。表11No.4合金長期時效前后70(TC/620MPa持久性能對比<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1.一種γ”強(qiáng)化的高性能鑄造鎳基高溫合金，其特征在于合金成分重量百分比如下C0.007-0.07；B0.007-0.09；Ce0-0.10；Y0-0.10；Co10.0-15.0；Cr15.0-20.0；Mo1.0-4.0；Al0.2-3.0；Ti0.5-3.0；W0-3.0；Nb2.0-6.0；Ta0-6.0；Ni余量；其中雜質(zhì)含量S≤0.01，P≤0.01，Si≤0.2，Pb≤0.0005，Bi≤0.0001，Mn≤0.2，F(xiàn)e≤0.5。全文摘要一種γ”強(qiáng)化的高性能鑄造鎳基高溫合金，其特征在于合金成分重量百分比如下C0.007-0.07；B0.007-0.09；Ce0-0.10；Y0-0.10；Co10.0-15.0；Cr15.0-20.0；Mo1.0-4.0；Al0.2-3.0；Ti0.5-3.0；W0-3.0；Nb2.0-6.0；Ta0-6.0；Ni余量；其中雜質(zhì)含量S≤0.01，P≤0.01，Si≤0.2，Pb≤0.0005，Bi≤0.0001，Mn≤0.2，F(xiàn)e≤0.5；本發(fā)明改變了合金成分，不僅具有較高的高溫力學(xué)性能，還具有良好700℃長期使用組織穩(wěn)定性，可以滿足有更高使用溫度和性能要求的航天、航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣的需要。文檔編號C22C19/05GK101372730SQ200710012528公開日2009年2月25日申請日期2007年8月22日優(yōu)先權(quán)日2007年8月22日發(fā)明者輝李,樓瑯洪,偉陳申請人:中國科學(xué)院金屬研究所