專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種鎳基單晶高溫合金中減小縮孔量的改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬鎳基單晶高溫合金的改性制備領(lǐng)域，特別是涉及一種鎳基單晶高溫合金中減小縮孔量的改性方法。
背景技術(shù)：
：?jiǎn)尉Ц邷睾辖鹱鳛橐环N重要的高溫抗蠕變材料，目前已廣泛的應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)材料領(lǐng)域。由于柱狀晶的凝固特性，縮孔是無(wú)法避免的，對(duì)于單晶高溫合金來(lái)說(shuō)也不例外。金屬液在凝固過(guò)程中枝干部分先凝固，枝間區(qū)域后凝固，枝干凝固后會(huì)形成封閉區(qū)域，致使枝間區(qū)域在凝固過(guò)程中得不到金屬液的補(bǔ)充而最后導(dǎo)致縮孔的形成。而縮孔是單晶合金高溫蠕變過(guò)程中重要的裂紋源之一，減小縮孔量可提高單晶合金第三階段的高溫抗蠕變性能。因此，在一定程度上，減小單晶葉片內(nèi)縮孔量可提高葉片的使用壽命。原則上來(lái)說(shuō)，縮孔的形成是由于凝固過(guò)程中的收縮和氣體逸出，但從目前的真空技術(shù)來(lái)看，單晶高溫合金在熔煉和凝固結(jié)晶的過(guò)程中通過(guò)維持一個(gè)很好的真空度可以最大限度避免氣體縮孔的形成，因此單晶高溫合金內(nèi)的微觀縮孔主要是由于凝固收縮導(dǎo)致的?？s孔的大小、數(shù)量和分布受單晶凝固參數(shù)的影響，此外，合金的化學(xué)成分對(duì)縮孔也有重要的影響。本發(fā)明是提供一種減小鎳基單晶高溫合金中縮孔量的方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一種鎳基單晶高溫合金中減小縮孔量的改性方法，包括-(1)鎳基單晶高溫合金A，其化學(xué)成分為A16.2wt%，W3.35wt%，Re3.4wt%，Mo2.7wt%，Cr5.2wt%，Co10.0wt%，Hf0.10wt%，Nb0.8wt%，Ta5.5wt%，其余為Ni，固溶處理?xiàng)l件為1320°C/6h，時(shí)效處理方式為U4(TC/2h+87(TC/16h;(2)將上述合金A加入微量元素碳、硼后，得到鎳基單晶高溫改性合金ModA，其化學(xué)成分為A16.2wt%，W3.35wt%，Re3.4wt%，Mo2.7wt%，Cr5.2wt%，Co10.0wt%，Hf0.15wt%，Nb0.8wt%，Ta5.5wt%，C0.05wt%，B0.004wt%，其余為M，固溶處理?xiàng)l件為1318°C/6h，時(shí)效處理方式為1140°C/2h+870°C/16h;(3)將上述兩種合金樣本經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光以及超聲波清洗處理，在掃描電子顯微鏡下檢測(cè)發(fā)現(xiàn)改性合金ModA的縮孔量減小了40%。有益效果本發(fā)明在鎳基單晶高溫合金A中添加微量元素碳、硼后，縮孔量減小了40%，而縮孔量的減小提高了單晶合金第三階段的高溫抗蠕變性能，在105(TC/165MPa的蠕變?cè)囼?yàn)條件下，改性合金ModA的持久性能比原合金A提高了5060h，因而合金的高溫抗蠕變性能得到提高，壽命得到延長(zhǎng)，可使用于高性能長(zhǎng)壽命航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片材料。圖1為原合金A截面的低倍形貌圖2為改性合金ModA截面的低倍形貌圖3為原合金A截面上微觀縮孔的分布情況；圖4為改性合金ModA截面上微觀縮孔的分布情況；具體實(shí)施例方式下面通過(guò)一個(gè)具體的實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例1(1)合金的制備采用真空感應(yīng)爐熔煉符合要求的母合金(溫度為160(TC，時(shí)間為35分鐘)，然后在高溫梯度定向凝固爐中生長(zhǎng)單晶(生長(zhǎng)速度為6mm/min)，利用螺旋選晶法制成O01〉取向的單晶試棒o在本發(fā)明中，對(duì)于合金的熔煉鑄棒采用了常規(guī)的方法，故不在此處詳細(xì)說(shuō)明。(2)合金的成分合金A，其成分為A16.2wt%，W3.35wt°/。，Re3.4wt%，Mo2.7wt%，Cr5.2wt%，Col0.0wt%，Hf0.10wt%，Nb0.8wt%，Ta5.5wt0/。，其余為Ni;改性合金ModA，其成分為Al6.2wt%，W3.35wt%，Re3.4wt%，Mo2.7wt%，Cr5.2wt%，Col0.0wt%，Hf0.15wt%，Nb0.8wt0/。，Ta5.5wt0/。，C0.05wt%，B0.004wt%，其余為M。(3)合金的熱處理制度合金A:固溶處理?xiàng)l件為1320°C/6h，時(shí)效處理方式為1140°C/2h+870°C/16h;改性合金ModA:固溶處理?xiàng)l件為1318TV6h，時(shí)效處理方式為1140°C/2h+870°C/16h。(4)合金試樣的檢測(cè)兩種合金的樣本要經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光以及超聲波清洗處理得到，并在掃描電子顯微鏡下檢測(cè)，在利用樣本臺(tái)掃描的功能時(shí)，直徑為9mm合金圓柱棒的橫截面被掃描，并且縮孔的尺寸和位置也被記錄下來(lái)。合金A和改性合金ModA試棒的圓柱截面低倍形貌如圖1和圖2所示。在合金A中，枝干與枝間區(qū)域可以清楚的展現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)圖1和圖2的對(duì)比可以看到，在圖2中即改性合金ModA中的縮孔量明顯小于原合金A。在電鏡下顯微觀測(cè)截面縮孔的情況，縮孔的數(shù)量、尺寸、位置被記錄下來(lái)。隨機(jī)選擇5個(gè)截面來(lái)檢測(cè)每一根合金棒的縮孔，每一種合金截面上縮孔分布被繪制如圖3和圖4所示(為了更直觀、更明顯的看清縮孔的分布，圖中縮孔的放大倍數(shù)和縱橫坐標(biāo)軸的放大倍數(shù)是不同的，縮孔放大的標(biāo)尺比例標(biāo)注在圖的右上方)，很明顯圖3中即改性合金ModA中的縮孔量要小于圖4中的合金A，既然大多數(shù)縮孔是球體的(其他形狀可以用等價(jià)橢圓法近似計(jì)算)，因此縮孔的體積百分比P可以利用以下式子近似求得e=~^~~xioo%(體積百分比)^AX100。/。(面積百分比)，其中，下標(biāo)P和S分別指縮孔和固體基體，縮孔的直徑d可以由SEM測(cè)得，;r92j尸+4-"^^ISSwww。經(jīng)過(guò)計(jì)算，原合金A和改性合金ModA的5個(gè)不同截面上縮孔的面積百分比如下表所示。可以看出，在改性合金ModA中，縮孔量明顯下降。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求1.一種鎳基單晶高溫合金中減小縮孔量的改性方法，包括鎳基單晶高溫合金A，其化學(xué)成分包括有5.5～6.5wt％的Al，2.5～3.5wt％的W，3～3.5wt％的Re，2.5～3.5wt％的Mo，4.5～5.5wt％的Cr，9.5～10.5wt％的Co，0.05～0.15wt％的Hf，0.5～1.5wt％的Nb，5.0～6.0wt％的Ta，其余為Ni；將上述合金A加入微量元素碳、硼，得到改性合金ModA，其化學(xué)成分包括有5.5～6.5wt％的Al，2.5～3.5wt％的W，3～3.5wt％的Re，2.5～3.5wt％的Mo，4.5～5.5wt％的Cr，9.5～10.5wt％的Co，0.10～0.20wt％的Hf，0.5～1.5wt％的Nb，5.0～6.0wt％的Ta，0.045～0.055wt％的C，0.0035～0.0045wt％的B，其余為Ni；2.按權(quán)利要求1所述的兩種合金，其特征在于，其較佳的化學(xué)成分和熱處理工藝為合金A:A16.2wt%，W3.35wt%，Re3.4wt%，Mo2.7wt%，Cr5.2wt%，Co10.0wto/o，Hf0.10wt%，Nb0.8wt%，Ta5.5wt%，其余為Ni;固溶處理?xiàng)l件為1320°C/6h，時(shí)效處理方式為1140°C/2h+870°C/16h;改性合金ModA:A16.2wt%，W3.35wt%，Re3.4wt%，Mo2.7wt%，Cr5.2wt%，Co10,0wt%，Hf0.15wt%，Nb0.8wt%，Ta5.5wt%，C0.05wt%，B0.004wt%，其余為Ni;固溶處理?xiàng)l件為1318°C/6h，時(shí)效處理方式為1140°C/2h+870°C/16h;3.按權(quán)利要求1所述的一種鎳基單晶高溫合金中減小縮孔量的改性方法，其特征在于將上述兩種合金樣本經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光以及超聲波清洗處理，在掃描電子顯微鏡下檢測(cè)。經(jīng)計(jì)算可得所述的合金A和改性合金ModA在5個(gè)不同截面上縮孔的面積百分比為<table>tableseeoriginaldocumentpage2</column></row><table>全文摘要本發(fā)明涉及一種鎳基單晶高溫合金中減小縮孔量的改性方法，包括鎳基單晶高溫合金A，其成分包括有5.5～6.5wt％的Al，2.5～3.5wt％的W，3～3.5wt％的Re，2.5～3.5wt％的Mo，4.5～5.5wt％的Cr，9.5～10.5wt％的Co，0.05～0.15wt％的Hf，0.5～1.5wt％的Nb，5.0～6.0wt％的Ta，其余為Ni。在合金A中加入微量元素碳、硼后，得到改性合金ModA。本發(fā)明在鎳基單晶高溫合金A中添加微量元素，使合金內(nèi)部縮孔量減小了40％，而縮孔量的減小提高了單晶合金第三階段的高溫抗蠕變性能。在1050℃/165MPa的蠕變?cè)囼?yàn)條件下，改性合金ModA的持久性能比原合金A提高了50～60h，可使用于高性能長(zhǎng)壽命航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片材料。文檔編號(hào)C22F1/10GK101525705SQ200910049528公開(kāi)日2009年9月9日申請(qǐng)日期2009年4月17日優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日發(fā)明者孔永華,龍李申請(qǐng)人:東華大學(xué)