專利名稱：鎳基γ＇強(qiáng)化超級合金的制作方法
鎳基Y，強(qiáng)化超級合金本發(fā)明涉及一種鎳基Y’強(qiáng)化超級合金。還涉及其在例如但不限于燃?xì)鉁u輪的葉 片、熱屏蔽、密封和燃燒室部件在內(nèi)的熱部件中的應(yīng)用。還涉及其作為填料合金在例如但不 限于燃?xì)鉁u輪的輪葉、葉片、熱屏蔽和燃燒室部件之類熱部件的熔覆和修復(fù)中的應(yīng)用。還涉 及其以等軸、定向凝固或單晶形式的應(yīng)用。γ，強(qiáng)化鎳基超級合金對于航空和陸地基燃?xì)鉁u輪中的關(guān)鍵部件來說是必不可少 的，但也被用于其它應(yīng)用。所述超級合金之間的差異取決于開發(fā)它們時達(dá)到的知識和制造 技術(shù)水平以及對性能如抗高溫腐蝕性、抗氧化性、涂層相容性、焊接性、相穩(wěn)定性和抗蠕變 強(qiáng)度的不同相對側(cè)重。大部分合金開發(fā)都強(qiáng)調(diào)燃?xì)鉁u輪葉片所需的高抗蠕變強(qiáng)度，其中所 述輪葉附著在轉(zhuǎn)子上并會承受由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的高載荷。鎳基Y ’強(qiáng)化超級合金以單晶(SX)、定向凝固或等軸形式使用。在每種晶體中，都 存在主要由Ni以及位于固溶體中的如Co、Cr、Mo、W和Re之類的元素構(gòu)成的、相基質(zhì)，和 主要由Ni3Al以及位于固溶體中的如Ti、Ta和Nb之類的元素構(gòu)成的Y ’相顆粒。晶界，如 果存在的話，通常點(diǎn)綴有能提供粘合強(qiáng)度的碳化物和/或硼化物。ττ也有助于晶界粘合。抗蠕變強(qiáng)度由如Mo、W和Re之類能提供、基質(zhì)的固溶強(qiáng)化和如Ti、Ta和Nb之類 能提供Y’顆粒的固溶強(qiáng)化的元素提供。Ta具有特別高的每原子％強(qiáng)化作用。Al由于能 提高Y’顆粒的含量和集聚基質(zhì)中的Mo、W和Re水平，所以能夠提供抗蠕變強(qiáng)度。如果基質(zhì)中的Cr、Mo、W和Re濃度過高，則在使用中將形成所謂的拓?fù)涿芏逊e (TCP)相。因此，如果要避免形成TCP，則提高的Y’含量或提高的Mo、W或Re水平必將伴 隨著Cr的減少。TCP析出的一個特定結(jié)果就是抗蠕變強(qiáng)度降低。[Caron 1]教導(dǎo)，對于合金來說TCP析出的危險可以通過對比該合金與具有已知的 TCP風(fēng)險的比較類似的合金的Md值來估計。對于此處所分析的合金，可以通過下式來計算 Md值:Md = 0. 717aNi+0. 787aCo+l. 142aCr+l. 55aMo+l. 655aff+l. 9aAl+2. 271aTi+2. 224
aTa其中aCo是Co的原子％含量，其它類似?？垢邷馗g性由Cr提供。最多允許中等的Mo水平也非常重要。[Goldschmidt]教導(dǎo)，具有16wt% Cr和3wt% Mo的SC16合金的抗高溫腐蝕性遠(yuǎn) 遠(yuǎn)不及具有 16wt% Cr 和 1. 8wt% Mo 的 IN738LC。通常認(rèn)為IN738LC具有高抗高溫腐蝕性。因此，在新合金中限制最多Mo似 乎是比較明智的。對于高燃燒溫度的燃?xì)鉁u輪來說，人們通常認(rèn)為高抗氧化性要求能形成粘著的連 續(xù)Al2O3氧化皮的能力，如1000攝氏度水平的金屬溫度所需的。[Barrett]教導(dǎo)，此能力由Al提供，能被Cr和Ta提高，被Mo和W略微降低，和被 Ti和Nb顯著降低。這意味著如果Cr和Ta水平提高了或者Ti和Nb水平降低了，要形成這 種Al2O3氧化皮所需的Al將變少。[Sarioglu]教導(dǎo)，偶存元索如S能顯著降低所述氧化皮粘著，但此效果會被清潔
4鑄造(clean casting)與低測定水平的活性元素(RE)的加入的結(jié)合中和。[Pintl]強(qiáng)調(diào)了 S的重要性，并進(jìn)一步教導(dǎo)當(dāng)結(jié)合了低水平的Hf和稀土 Y時有益 的RE效果。[Caron2]教導(dǎo)當(dāng)結(jié)合了低水平的Hf與Si時有益的RE效果。[Pint2]教導(dǎo)當(dāng)使用多種RE時可以獲得最佳的RE效果，一個例子是在對包含低水 平的Zr、Si和Y的Haynes-214進(jìn)行測試時所觀察到的出色的循環(huán)抗氧化性。與現(xiàn)代的高燃燒溫度燃?xì)鉁u輪特別相關(guān)的涂層相容性的一個重要方面是所施加 的熱障涂層的循環(huán)壽命。[ffahl&Harris]教導(dǎo)當(dāng)向基體合金中添加了稀土元素時可以顯著提高TBC的散裂
壽命ο[Wu]教導(dǎo)TBC的散裂壽命可與基體合金的抗氧化性相關(guān)聯(lián)。特別是，Ti含量最高 的基體合金散裂壽命最短。普遍接受的是，凝固或隨后的熱處理過程中焊縫破裂的危險會隨著基體和填料合 金的Y’含量的提高而增大。所用參考文獻(xiàn)如下[Caron 1 ] P. Caron, High Gamma Prime Solvus New Generation Nickel-Based Superalloys for Single Crystal Turbine Blade Applications Proceedings iSuperalloys 2000‘；[Goldschmidt]D. Goldschmidt，Single-Crystal Blades Proc. fromMaterials for Advanced Power Engineering 1994，Part I，p.661—674;[Barrett]C. A. Barrett，A Statistical Analysis of Elevated Temperature Gravimetric Cyclic Oxidation Data of 36Ni_and Co-base Superalloys based on an Oxidation Attack Parameter NASA TM 105934 ；[Sarioglu]C. Sarioglu 等，The Control of Sulfur Content in Nickel-Base Single Crystal Superalloys and its Effect on Cyclic Oxidation Resistance Proceedings iSuperalloys 1996‘；[Pint 1]B.A.Pint 等，Effect of Cycle Frequency on High-Temperature Oxidation Behavior of Alumina—and Chromia-Forming Alloys Oxidation ofMetals， 58 (1/2)，73-101 (2002)；[Caron 2]P. Caron 等，Improvement of the Cyclic Oxidation Behaviour of Uncoated Nickel Based Single Crystal Superalloys Materials Proceedings ‘Materials for Advanced Power Engineering 1994r ；[Pint 2]B. A. Pint 等，The use of Two Reactive Elements to Optimize Oxidation Performance of Alumina-Forming Alloys Materials at High Temperature 20 (3)375-386，2003 ；[Wahl&Harris] J. B. Wahl, K. Harris, Advances in Single Crystal Superalloys -Control of Critical Elements Proceedings 6lt\\ Parsons conference ‘，2007;[Wu]R. Wu On the Compatibility of Ni ckel-Based Single Crystal Superalloys with Coating Systems Proceedings ^ith Parsons conference‘ ，2007;
[Caron 3]P. Caron 等，Development of New High Strength Corrosion Resistant Single Crystal Superalloys for Industrial gas Turbine Applications Proceedings ;5th Parsons confer-ience‘ ，2000o早期的合金開發(fā)產(chǎn)生了諸如U-700之類的合金，其中U-700的組成以計為Ni -17Co-15Cr-4. 5Mo_4. 3A1-3. 5Ti_0. 07Zr-0. 08C。盡管含有 3. 5wt%&Ti，但由于有 15wt% 的Cr，U-700可以以4. 3wt%的Al形成連續(xù)Al2O3氧化皮。這些合金由于其高水平的Mo (開 發(fā)這些合金時使用的主要強(qiáng)化元素)，所以具有低于其Cr水平所暗示的抗高溫腐蝕性。它 們的Y’含量在45-55vol%的范圍內(nèi)，這意味著它們不能提供好的焊接性。它們具有析出 TCP的趨勢，且通常提供中等的抗蠕變強(qiáng)度。后來的合金開發(fā)的一條路線導(dǎo)致了如可商購的合金IN939、IN738LC和IN792之 類的合金，這類合金至今仍然是陸基燃?xì)鉁u輪的標(biāo)準(zhǔn)。IN939是一種通常用于葉片的合金， 組成以》1%計為 Ni-19Co-22Cr-2W-2Al-3. 7Τ -1. 4Ta-lNb_0. IZr-O. 15C-0. 01B。IN738LC 的組成為 Ni-8. 5Co-16Cr-l. 8Mo_2. 6W~3. 4A1-3. 4Ti_l. 8Ta_0. 9Nb_0. 09Zr-0. 08C-0. 01B。 IN792 的組成為 Ni-9Co-12. 5Cr-l. 8Mo_4. 2W~3. 4A1-4. 2Ti_4. 2Ta_0. 08C-0. 015B。與U-700之類的合金相比，Mo被W部分取代以提高抗高溫腐蝕性，Al被Ti、Nb和 Ta部分取代以通過提高Y’的固溶強(qiáng)化來提高抗蠕變強(qiáng)度。特別是這些合金包含高Ti水 平。根據(jù)其Cr含量不同，它們的抗高溫腐蝕性從非常高(比如在IN939之類的合金 中)到中等(如在IN792中)不等。這些合金不具有形成連續(xù)Al2O3氧化皮的能力，因此 它們不能提供高抗氧化性。由于其高Ti水平，它們的涂層相容性最多只是中等。Y’顆 粒含量一般在30-55vol %的范圍內(nèi)，按照輪葉和葉片合金的標(biāo)準(zhǔn)，在此區(qū)間下端的合金如 IN939具有良好的焊接性。知識的進(jìn)步使得合金設(shè)計者可以比上述老的合金更好地處理相 穩(wěn)定性?？谷渥儚?qiáng)度從中(比如在IN939之類的合金中)到高(比如在IN792之類的合金 中)不等。近來人們開發(fā)了具有降低的Ti以及提高的Al和Ta水平的衍生物如SCA425和 SCA425Hf，參見[Caron3]。SCA425 的組成以 wt% 計為 Ni-5Co-16Cr-lMo-4W-4Al-2Ti_5Ta， SCA425Hf為了 RE效果和涂層相容性還包含0. 4Hf。對SCA425的室內(nèi)氧化試驗表明其差 不多、但并非完全能夠形成連續(xù)Al2O3氧化皮，參見

圖1。SCA425的抗蠕變強(qiáng)度高。降低 的Ti水平意味著相對于IN738LC之類的合金來說提高的涂層相容性。它們的γ，含量在 45-55vol %的范圍內(nèi)，這意味著它們不能提供良好的焊接性。后來的合金開發(fā)的另一條路線導(dǎo)致了如Mar M-247之類的合金，所述Mar M-247 的組成以 wt%計為 Ni-10Co-8Cr-0. 7Mo-10ff-5. 65Al-lTi-3Ta_l. 5Hf-0. 15C。DS 和 SX 鑄造 的引入導(dǎo)致了如CM247DS和Rene N5之類的衍生合金。在Rene N5中，一些W被Re取代， 且 Hf 被 Ta 取代。組成以 wt%計為 Ni-7. 5Co-7Cr-l. 5Mo-5ff-3Re-6. 1A1-6. 5Ta_0. IHf-0. O 5C。由于其極低的Cr水平，這類合金的抗高溫腐蝕性很弱。其由從中到高的Ta水平支 持的高Al水平使得它們盡管Cr水平極低但仍能形成連續(xù)Al2O3氧化皮。由于低Ti水平， 它們的涂層相容性高。近來，在通過清潔鑄造和利用RE效果提高其抗氧化性和涂層相容性 方面作了很多工作。由于其在60-75vol%范圍內(nèi)的極高Y’含量，它們的焊接性很弱。人們已經(jīng)注意到了要實(shí)現(xiàn)相穩(wěn)定性以避免由于TCP析出而導(dǎo)致抗蠕變強(qiáng)度降低。它們的抗蠕 變強(qiáng)度從高(比如在Mar M-247之類的合金中)到極高(比如在Rene N5之類的合金中)不等。在這三個主要類別之外，還有一些使人感興趣的專用合金。Haynes-214的基本組 成以wt %計為Ni-3Fe-16Cr-4. 5A1，且還包含低水平的&、Si和Y以提供RE效果。它結(jié)合 了高抗高溫腐蝕性、出色的抗氧化性和高焊接性。由于其不包含強(qiáng)化元素，所以抗蠕變強(qiáng)度較差。所有上述合金都不能提供高抗高溫腐蝕性、高抗氧化性、高涂層相容性、良好焊接 性、高相穩(wěn)定性和至少中等的抗蠕變性的混合特性，本發(fā)明的目的就是提供這樣一種混合 特性。這種性能混合對于受中等應(yīng)力的燃?xì)鉁u輪部件如葉片和熱屏蔽的設(shè)計和對于用 于熔覆和焊補(bǔ)燃?xì)鉁u輪部件的受中等應(yīng)力部件如輪葉葉尖和平臺的填料來說將是有用的。 此外，這種性能混合還將可用于受熱障涂層保護(hù)的部件?？紤]一個部件和所述部件上的一個熱點(diǎn)。具有此性能混合的基體合金將為施加的 熱障涂層提供比富Ti合金如IN939更高的循環(huán)壽命，并且，如果發(fā)生散裂將提供更長的殘 余壽命。進(jìn)一步考慮用富Ti合金如IN939鑄造并用熱障涂層保護(hù)的部件，且所述部件在熱 點(diǎn)處遭受了此熱障涂層的局部散裂，導(dǎo)致氧化破壞。用具有所述性能混合的填料合金進(jìn)行 焊補(bǔ)將導(dǎo)致在焊補(bǔ)后再應(yīng)用時具有局部提高的抗熱障涂層散裂能力，且如果發(fā)生散裂將具 有提高的殘余壽命。具有此性能混合的基體和填料合金還將提供比高M(jìn)o含量合金如U-700或低Cr 含量合金如Mar M-247更好的在腐蝕環(huán)境中的耐用性。此外，它們還將提供比弱合金如 Haynes-214更好的尺寸穩(wěn)定性。進(jìn)一步考慮在焊接中，在焊接和隨后在使用中的相互擴(kuò)散過程中將發(fā)生混合。特 別是，對于富Ti基體合金如IN939來說Ti可能會擴(kuò)散到所述填料合金中。一個優(yōu)點(diǎn)將是 得到保留了足夠的相穩(wěn)定性并同時吸收了一些Ti以避免TCP析出的填料合金。畢竟，TCP 相又名脆性相。在本發(fā)明中通過采用中等水平的Al和Ta，高水平的Cr，多種活性元素，中等水平 的基質(zhì)強(qiáng)化元素如Mo、W和Re，對Mo水平的特別限制，和通過避免有害的、’強(qiáng)化元素如Ti 和Nb，滿足了所述對高抗高溫腐蝕性、高抗氧化性、高涂層相容性、良好焊接性、高相穩(wěn)定性 和至少中等的抗蠕變性的要求。原理在于，由于高水平的Cr、多種RE效果和避免了有害元素如Ti和Nb，中等水平 的Al和Ta就足以使得能夠形成粘著的連續(xù)Al2O3氧化皮。因此，可以將Y’含量保持得充 分低以實(shí)現(xiàn)良好的焊接性。此外，中等水平的基質(zhì)和Y’強(qiáng)化元素使得實(shí)現(xiàn)了中等抗蠕變 強(qiáng)度。另外，高水平的Cr和對Mo的嚴(yán)格限制使得實(shí)現(xiàn)了高抗高溫腐蝕性。另外，由于Y’ 含量和基質(zhì)強(qiáng)化元素的量中等，所以從相穩(wěn)定性的角度可以容忍高水平的Cr。另外，通過避 免有害元素如Ti和Nb，以及通過結(jié)合清潔鑄造和RE的使用來中和任何殘留的S，實(shí)現(xiàn)了高 涂層相容性。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，所述合金可以包括，以Wt %計，最多20襯％的Co、17-21wt % 的 Cr、2-5wt % 的 Mo+W+Re、最多 2wt % 的 Mo、4_4. 7wt % 的 Al、3_7wt % 的 Ta、 0. 01-0. 3wt%&C+Zr+B、0. 05_lwt% 的 Hf、0. 05-lwt % 的 Si 和總共 0. 01-0.稀土元
素如Sc、Y、錒系元素和鑭系元素。此外，所述合金可以包括，以wt%計，Co、17_21wt%&Cr、最多l(xiāng)wt% 的 Mo、l-4wt % 的 W,4-4. 7wt % 的 Al、3_7wt % 的 Ta、0. 01-0. Iwt % 的 C、0. 01-0. 15wt % 的 Zr、0. 002-0. 02wt % 的 Β、0· 05-lwt % 的 Hf、0. 05-lwt % 的 Si 和總共 0. 01-0. 2wt % 的 Ce+La+Y+Dy。此外，所述合金可以包括3_7wt %的Co、17_19wt %的Cr、0. 5-lwt %的Mo、 2-3wt % 的 W、4. 2-4. 6wt % 的 Al、3. 5_5wt % 的 Ta、0. 01-0. 07wt % 的 C、0· 01-0. Iwt % 的 Zr、0. 002-0. Olwt % ^ Β、0· 05-0. 5wt % 的 Hf、0. 05-0. 5wt % ^ Si 和總共 0. 01-0. Iwt % ^ Ce+La+Y+Dyο此外，所述合金可以包括4. 5-5. 5wt % 的 Co、17. 7-18. 3wt % 的 Cr、0. 7-0. 9wt % 的 Mo、2. 3-2. 7wt % 的 W、4. 3-4. 5wt % 的 Al、4. 2-4. 6wt % 的 Ta、0· 02-0. 04wt % 的 C、 0. 02-0. 05wt%&Zr、0. 002-0. 008wt%&B、0. 07-0. 13wt%&Hf、0. 07-0.和總 共 0. 01-0. Ce+La+Y+Dy。在一個被稱作STAL18的優(yōu)選實(shí)施方案中，所述合金可以包括約5wt %的Co、 約 18wt % 的 Cr、約 0. 8wt % 的 Mo、約 2. 5wt % 的 W、約 4. 4wt % 的 Al、約 4. 4wt % 的 Ta、約 0. C、約 0.Zr、約 0. 005wt%&B、約 0. Iwt%的 Hf、約 0. Iwt%的 Si 和約 0. 02wt%^ Ce?；蛘撸龊辖鹂梢园?_7wt %的Co、19_21wt %的Cr、2_4wt %的W、 4. 3-4. 7wt%&Al、4-7wt%&Ta、0· 01-0. 07wt%&C、0. 01-0. lwt%&Zr、0. 002-0. Olwt% 的 Β、0· 05-0. 5wt%^ Hf、0. 05-0. 5wt%^ Si 和總共 0. 01-0. Iwt% ^ Ce+La+Y+Dy。此外，所述合金可以包括4. 4-5. 5wt % 的 Co、19. 7-20. 3wt % 的 Cr、2. 7-3. 3wt % 的 W、4. 4-4. 6wt % 的 Al,5. 3-5. 7wt % 的 Ta、0. 02-0. 04wt % 的 C、0. 02-0. 05wt % 的 Zr、 0. 002-0. 008wt%^ B、0. 07-0. 13wt%^ Hf、0. 07-0. 13wt%^ Si 和總共 0. 01-0. 03wt%^ Ce+La+Y+Dyο在一個被稱作STAL20的優(yōu)選實(shí)施方案中，所述合金可以包括約5襯％的Co、約 20wt%mcrj々3wt%mwj々4. 5wt%&Al、約 5. 5wt%&TaJ々0. 03wt%&Cj々0. 03wt% 的 Zr、約 0.B、約 0. Iwt%的 Hf、約 0. Iwt%的 Si 和約 0.Ce。本發(fā)明的超級合金優(yōu)選地使用清潔生產(chǎn)工藝來加工。為保證最佳的結(jié)果，所述超 級合金應(yīng)當(dāng)包含少于2ppmw的S。或者，當(dāng)所述合金被用作基體合金時，可以設(shè)計進(jìn)一步的實(shí)施方案來最佳化與具 體的涂層的相容性。或者，當(dāng)所述合金被用作用于熔覆和焊補(bǔ)的填料合金時，可以設(shè)計進(jìn)一 步的實(shí)施方案來最佳化與具體的基體合金和涂層的相容性。例如為了與含Re的基體合金 的相容性，可以包含Re，且可以匹配Co水平。對于最寬的實(shí)施方案，Cr的下限和Mo的最高可容許水平，即可能的最壞結(jié)合，很 可能提供高抗高溫腐蝕性。另外，通過與如圖1所示在1000攝氏度時效600h后能夠在大部分表面上但不能 在某些點(diǎn)上形成連續(xù)Al2O3氧化皮的合金SCA425Hf對比，可以最好地說明形成粘著的連續(xù)Al2O3氧化皮的能力。其Al含量位于上述實(shí)施方案的下限，其Cr含量低于所述實(shí)施方案的 下限、其適度有害的Mo+W水平位于所述實(shí)施方案的上限，且其包含2襯％的有害的Ti。因 此，SCA425Hf的邊界特性強(qiáng)有力地表明，所述實(shí)施方案中可能的最差組成也能夠形成連續(xù) Al2O3氧化皮。然后，清潔鑄造和多種RE效果的結(jié)合將向此連續(xù)Al2O3氧化皮提供氧化皮粘另外，通過不具有Ti或Nb，以及通過清潔鑄造和使用RE來中和S，提供了高涂層 相容性。上述結(jié)論適用于任何優(yōu)選實(shí)施方案。對于被稱作STAL18 的實(shí)施方案，組成為 Ni-5Co-18Cr_0. 8Mo_2. 5W-4. 4A1-4. 4Ta 的ThermoCalc模擬預(yù)測在900攝氏度的平衡溫度下、’含量為30%，參見圖2。這低到了 足以產(chǎn)生良好的焊接性，但又沒有低到產(chǎn)生弱抗蠕變強(qiáng)度?；贑aron 公式計算的 Ni-5Co-18Cr_0. 8Mo_2. 5W-4. 4A1-4. 4Ta 和 Ni-5Co_18Cr-0. 8Mo-2. 5W-4. 4Α1-1Τ -4. 4Ta的Md值分別為0. 9477和0. 9657，其可以與已知在TCP析出 方面足夠穩(wěn)定的合金STAL425的Md值0. 9771相比。這意味著當(dāng)此合金被用作用于焊接富 Ti基體合金如IN939的填料合金時，由于混合或者焊接或使用過程中的相互擴(kuò)散，可以吸 收的Ti而沒有TCP析出的危險。這表示由于TCP析出而導(dǎo)致的在相互擴(kuò)散區(qū)出現(xiàn)弱 疲勞性能的危險被顯著降低。畢竟，TCP相又名脆性相。ThermoCalc模擬中所見的大熱處理窗口還表示當(dāng)其被用作用于焊接的填料合金 時，其將以完全固溶響應(yīng)而不會產(chǎn)生與大多數(shù)基體合金相關(guān)聯(lián)的HIP步驟和固溶的初熔。基質(zhì)強(qiáng)化元素的水平高于IN939。盡管以原子％計強(qiáng)化元素的含量較少，但Ta的 高強(qiáng)化作用意味著至少中等的Y’顆粒固溶強(qiáng)化。Ta/Al之比例如與另一種避免了 Ti和 Nb的合金Rene N5的相似。這連同30%的Y，含量一起，為上述實(shí)施方案強(qiáng)有力地促成了 至少中等的抗蠕變強(qiáng)度。由于更高的Cr和Ta水平，被稱作STAL20的實(shí)施方案將比STAL18具有更高的抗 高溫腐蝕性和抗蠕變強(qiáng)度。計算的Md值為0. 9621，表明基于與SCA425的比較具有好的相 穩(wěn)定性。與STAL18不同，相對于Ti的吸收其將對于TCP析出不具有大的余地，并因此不太 適于用作用于富Ti基體合金的填料合金。圖1 (左)顯示了在1000攝氏度下時效600h后在SCA425Hf的大部分表面上形成 的連續(xù)Al2O3氧化皮。圖1(右)顯示了在小的孤立的表面積下形成厚的耗盡區(qū)和內(nèi)部氮化 物。這些表明Al2O3氧化皮允許穿過該氧化皮的滲漏，即它在這些區(qū)域是不連續(xù)的。圖2 (右)顯示了對優(yōu)選實(shí)施方案STAL18的基本組成的ThermoCalc模擬。
權(quán)利要求
鎳基γ’強(qiáng)化超級合金，其包含最多20wt％的Co、17 21wt％的Cr、2 5wt％的Mo+W+Re、最多2wt％的Mo、4 4.7wt％的Al、3 7wt％的Ta、0.01 0.3wt％的C+Zr+B、0.05 1wt％的Hf、0.05 1wt％的Si和總共0.01 0.2wt％的稀土元素。
2.權(quán)利要求1的鎳基Y，強(qiáng)化超級合金，其中所述稀土元素為Sc、Y、錒系元素或鑭系 元素中的至少一種元素。
3.權(quán)利要求1或2的鎳基Y，強(qiáng)化超級合金，其包含2-12襯％的&)、17-21襯％ 的 Cr、最多 Iwt % 的 Mo、l-4wt % 的 W,4-4. 7wt % 的 Al、3_7wt % 的 Ta、0. 01-0. Iwt % 的 C、 0. 01-0. 15wt % 的 Zr、0. 002-0. 02wt % 的 Β、0· 05-lwt % 的 Hf、0. 05-lwt % 的 Si 和總共 0. 01-0. 2wt%^ Ce+La+Y+Dy。
4.權(quán)利要求3的鎳基Y，強(qiáng)化超級合金，其包含3-7襯％的&)、17-19襯％的Cr、 0. 5-lwt % 的 Mo、2-3wt % 的 W、4. 2-4. 6wt % 的 Al、3. 5_5wt % 的 Ta、0. 01-0. 07wt % 的 C、 0. 01-0. Iwt % ^ Zr、0. 002-0. Olwt % ^ Β、0· 05-0. 5wt % ^ Hf、0. 05-0. 5wt % ^ Si 和總共 0. 01-0. Iwt%的 Ce+La+Y+Dy。
5.權(quán)利要求4的鎳基γ’強(qiáng)化超級合金，其包含4. 5-5. 5襯％的Co、17. 7-18. 3wt% 的 Cr、0. 7-0. 9wt % 的 Mo、2. 3-2. 7wt % 的 W、4. 3. -4. 5wt % 的 Al、4. 2-4. 6wt % 的 Ta、 0. 02-0. 04wt % 的 C、0. 02-0. 05wt % 的 Zr、0. 002-0. 008wt % 的 Β、0· 07-0. 13wt % 的 Hf、 0. 07-0. 13wt%^ Si 和總共 0. 01-0. 03wt%^ Ce+La+Y+Dy。
6.權(quán)利要求5的鎳基Y，強(qiáng)化超級合金，其包含約5襯％的Co、約18襯％的Cr、 約 0. 8wt % 的 Mo、約 2. 5wt % 的 W、約 4. 4wt % 的 Al、約 4. 4wt % 的 Ta、約 0. 03wt % 的 C、約 0. 03wt%^ Zr、約 0. 005wt%^ B、約 0. Iwt%^ Hf、約 0. Iwt%^ Si 和約 0. 02wt%^ Ce。
7.權(quán)利要求3的鎳基Y，強(qiáng)化超級合金，其包含3-7襯％的0)、19-21襯％的0、 2-4wt % 的 W、4. 3-4. 7wt % 的 Al、4_7wt % 的 Ta、0. 01-0. 07wt % 的 C、0. 01-0. Iwt % 的 Zr、 0. 002-0. Olwt % 的 Β、0· 05-0. 5wt % 的 Hf、0. 05-0. 5wt % 的 Si 和總共 0. 01-0. Iwt % 的 Ce+La+Y+Dyο
8.權(quán)利要求7的鎳基γ’強(qiáng)化超級合金，其包含4. 5-5. 5襯％的Co、19. 7-20. 3wt% 的 Cr、2. 7-3. 3wt % 的 W、4. 4-4. 6wt % 的 Al、5. 3-5. 7wt % 的 Ta、0. 02-0. 04wt % 的 C、 0. 02-0. 05wt%&Zr、0. 002-0. 008wt%&B、0. 07-0. 13wt%&Hf、0. 07-0.和總 共 0. 01-0. Ce+La+Y+Dy。
9.權(quán)利要求8的鎳基Y，強(qiáng)化超級合金，其包含約5襯％的Co、約20襯％的Cr、 約 3wt % 的 W、約 4. 5wt % 的 Al、約 5. 5wt % 的 Ta、約 0. 03wt % 的 C、約 0. 03wt % 的 Zr、約 0. 005wt%^ B、約 0. Iwt%^ Hf、約 0. Iwt%^ Si 和約 0. 02wt%^ Ce。
10.權(quán)利要求1-9中至少一項的鎳基Y’強(qiáng)化超級合金，其經(jīng)過清潔生產(chǎn)工藝加工導(dǎo)致 少于2ppmw的S。
11.權(quán)利要求1-9中至少一項的鎳基Y，強(qiáng)化超級合金作為機(jī)器的熱部件的應(yīng)用。
12.權(quán)利要求11的應(yīng)用，其中所述熱部件為燃?xì)鉁u輪部件如輪葉、熱屏蔽、密封或燃燒室部件。
13.權(quán)利要求1-10中至少一項的鎳基Y’強(qiáng)化超級合金作為填料合金在熱部件的受中 等應(yīng)力區(qū)的熔覆或焊補(bǔ)中的應(yīng)用。
14.權(quán)利要求13的應(yīng)用，其中所述熱部件為燃?xì)鉁u輪部件。
15.權(quán)利要求14的應(yīng)用，其中所述熱部件為燃?xì)鉁u輪的葉片、輪葉、熱屏蔽、密封或燃燒室部件。
16.呈單晶形式的權(quán)利要求1-10中至少一項的鎳基、，強(qiáng)化超級合金。
17.呈定向凝固形式的權(quán)利要求1-10中至少一項的鎳基Y，強(qiáng)化超級合金。
18.呈等軸形式的權(quán)利要求1-10中至少一項的鎳基Y，強(qiáng)化超級合金。
全文摘要
公開了一種具有高抗高溫腐蝕性、高抗氧化性、高涂層相容性、良好焊接合物、高相穩(wěn)定性和至少中等的抗蠕變性的獨(dú)特混合特性的鎳基γ’強(qiáng)化超級合金。其組合物包括最多20wt％的Co、17-21wt％的Cr、2-5wt％的Mo+W+Re、最多2wt％的Mo、4-4.7wt％的Al、3-7wt％的Ta、0.01-0.3wt％的C+Zr+B、0.05-1wt％的Hf、0.05-1wt％的Si和總共0.01-0.2wt％的稀土元素如Sc、Y、錒系元素和鑭系元素。該組合物可用作受中等應(yīng)力的特別是燃?xì)鉁u輪中的熱部件的基體合金，和用作用于熔覆和焊補(bǔ)受中等應(yīng)力的特別是燃?xì)鉁u輪中的熱部件的填料合金。
文檔編號C22C19/05GK101960030SQ200980107725
公開日2011年1月26日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月3日
發(fā)明者G·麥科爾文, M·哈塞爾奎斯特 申請人:西門子公司