一種具有高裂紋擴(kuò)展抗力的鎳基粉末冶金高溫合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鎳基粉末冶金高溫合金領(lǐng)域中一種具有高裂紋擴(kuò)展抗力的鎳基粉末冶金高溫合金，所述鎳基粉末冶金高溫合金按質(zhì)量百分比含量為：Co?12.9%、Cr?15.7%、W?3.1%、Mo?2.6%、Al?2.2%、Ti?3.8%、Nb?0.8%、C?0.04%、Zr?0.04%、RE?0.08%、Hf?0.3～0.6%、余量為Ni；所述高溫合金中第二強(qiáng)化相γ′相組成為(Ni0.94Co0.06)3(Al0.457～0.462Ti0.483～0.487Nb0.042～0.043Hf0.008～0.018)，二次γ′相平均尺寸為180～220nm，二次γ′相占總γ′相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為49.6～53.2%，一次γ′和三次γ′相之和占總γ′相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.8～50.4%。加入微量元素Hf，從而使采用等離子旋轉(zhuǎn)電極制粉、直接熱等靜壓成形的鎳基粉末冶金高溫合金經(jīng)過相同的熱處理后，合金中相的組成、尺寸和數(shù)量發(fā)生變化，裂紋擴(kuò)展速率低于不加Hf合金的裂紋擴(kuò)展速率。
【專利說明】一種具有高裂紋擴(kuò)展抗力的鎳基粉末冶金高溫合金
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鎳基粉末冶金高溫合金制備領(lǐng)域，特別是涉及一種具有高裂紋擴(kuò)展抗力的鎳基粉末冶金高溫合金。
【背景技術(shù)】
[0002]采用粉末冶金技術(shù)生產(chǎn)的高溫合金具有晶粒細(xì)小、組織均勻、無宏觀偏析、熱加工性能和力學(xué)性能良好等優(yōu)異特性，在航空航天領(lǐng)域先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤等熱端部件中有著廣泛應(yīng)用，裂紋擴(kuò)展速率是渦輪盤損傷容量設(shè)計(jì)和壽命預(yù)測(cè)的重要指標(biāo)之一。影響裂紋擴(kuò)展速率的因素可分為外部因素和內(nèi)部因素兩大類:外部因素指材料的工作條件，如溫度、頻率、應(yīng)力比、保載時(shí)間等；內(nèi)部因素指材料組織和性能，如材料的晶粒度、晶界彎曲程度及化學(xué)成分等。
[0003]本發(fā)明是在鎳基粉末冶金高溫合金中加入微量元素Hf，使合金中主要相的組成、尺寸和數(shù)量發(fā)生變化，提高合金的裂紋擴(kuò)展抗力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是通過在鎳基粉末冶金高溫合金中加入微量元素Hf得到具有高裂紋擴(kuò)展抗力的鎳基粉末冶金高溫合金，包括:
[0005](I) 一種具有高裂紋擴(kuò)展抗力的鎳基粉末冶金高溫合金，按質(zhì)量百分比含量為:Col2.9%, Cr 15.7%、W4.0%、Mo4.0%、A12.2%、Ti3.8%、Nb0.8%、C0.04%、Zr0.04%、Hf0.3 ~0.6%、
余量為Ni ;所述高溫合金中第二強(qiáng)化相Y '相組成為(Nia94Coatl6) JAla45ra 462Tia48ra 487NbomHfQ.c?rc) .Q18)，二次相平均尺寸為18(T220nm，二次相占總相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為49.6~53.2%，三次Y丨相占總Y丨相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.8~50.4%。
[0006](2)所述高溫合金中 MC 型碳化物組成為(Ti0.64~0.69Nb0.25~0.26Hf0.W9Zra 007ra 0080)C，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.22、.23%。
[0007](3)所述的具有高裂紋擴(kuò)展抗力的鎳基粉末冶金高溫合金采用等離子旋轉(zhuǎn)電極制備合金粉末，粉末粒度范圍為50-?50μπι。
[0008](4)所述的具有高裂紋擴(kuò)展抗力鎳基粉末冶金高溫合金，所述Hf含量為0.6%。 經(jīng)過特定的熱處理使得合金微觀結(jié)構(gòu)具有非常不同的形式，從而微觀結(jié)構(gòu)的改變，大
大改變了該合金的性能。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面通過具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0010](I)鎳基粉末冶金高溫合金Alloy-1按質(zhì)量百分比含量為:Col2.9%、Cr 15.7%、W4.0%、Μο4.0%、Α12.2%、Ti3.8%、Nb0.8%,C0.04%、Zr0.04%、余 Ni。其經(jīng)過等離子旋轉(zhuǎn)電極制粉、粉末粒度范圍為50-150 μ m，經(jīng)過相同的熱等靜壓之后，進(jìn)行固溶熱處理，將冷軋后的合金板材在箱式電阻爐中進(jìn)行固溶熱處理，固溶溫度為860-880°C，保溫時(shí)間為2.8^4.8h，水淬；時(shí)效熱處理:分為如下五步:時(shí)效溫度為315~330°C，保溫時(shí)間為12~28min，水淬；再加熱到41(T430°C進(jìn)行第二次時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間為1.9~2.lh，水淬；再加熱到48(T495°C進(jìn)行第三次時(shí)效，時(shí)效時(shí)間為2~2.5h，水淬；再加熱到52(T550°C進(jìn)行第四次時(shí)效，時(shí)效時(shí)間為5~8h，水淬；再加熱到58(T620°C進(jìn)行第五次時(shí)效，時(shí)效時(shí)間為l(Tl2h，水淬，得到成品。檢測(cè)得到其微觀組織為:合金中第二強(qiáng)化相Y '相組成為(Nia94Coa^5) JAla 463Tia 493Nbatl44)，二次Y '相平均尺寸為lOOnm，二次Y '相占總Y '相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68.8%，三次Y '相占總Y '相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.2% ;碳化物組成為(Tia76Nba23Zratltl9)C，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.18%
[0011](2)含Hf為0.3%的鎳基粉末冶金高溫合金Alloy-2按質(zhì)量百分比含量為:Co 12.9%、Crl5.7%、W4.0%、Μο4.0%、Α12.2%、Τ?3.8%、Nb0.8%、C0.04%、Zr0.04%、Hf0.3%、余Ni。其經(jīng)過等離子旋轉(zhuǎn)電極制粉、粉末粒度范圍為50-?50μπι，經(jīng)過相同的熱等靜壓之后，進(jìn)行固溶熱處理，將冷軋后的合金板材在箱式電阻爐中進(jìn)行固溶熱處理，固溶溫度為860-880 0C，保溫時(shí)間為2.8^4.8h，水淬；時(shí)效熱處理:分為如下五步:時(shí)效溫度為315~330°C，保溫時(shí)間為12~28min，水淬；再加熱到41(T430°C進(jìn)行第二次時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間為1.9^2.lh，水淬；再加熱到48(T495°C進(jìn)行第三次時(shí)效，時(shí)效時(shí)間為2~2.5h，水淬；再加熱到52(T550°C進(jìn)行第四次時(shí)效，時(shí)效時(shí)間為5~8h，水淬；再加熱到58(T620°C進(jìn)行第五次時(shí)效，時(shí)效時(shí)間為l(Tl2h，水淬，得到成品。檢測(cè)得到其微觀組織為:第二強(qiáng)化相Y'相組成為(Ni0.94Co0.06)3(Ala 462Tia 487Nb0.Jf0._)，二次 Y '相平均尺寸為 180nm，二次 Y '相占總Y '相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為53.2%，三次Y '相占總Y '相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.8% ;碳化物組成為(Ti。.S9Nba26Hfaci4Zracici8) C，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.22%
[0012](3)含Hf為0.6%的鎳基粉末冶金高溫合金Alloy-3按質(zhì)量百分比含量為:Co 12.9%、Cr 15.7%、W4. 0%、Μο4.0%、Α12.2%、Τ?3.8%、Nb0.8%、C0.04%、Zr0.04%、Hf0.6%、余Ni。其經(jīng)過等離子旋轉(zhuǎn)電極制粉、粉末粒度范圍為50-?50μπι，經(jīng)過相同的熱等靜壓之后，進(jìn)行固溶熱處理，將冷軋后的合金板材在箱式電阻爐中進(jìn)行固溶熱處理，固溶溫度為860-880 0C，保溫時(shí)間為2.8^4.8h，水淬；時(shí)效熱處理:分為如下五步:時(shí)效溫度為315~330°C，保溫時(shí)間為12~28min，水淬；再加熱到41(T430°C進(jìn)行第二次時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間為1.9~2.lh，水淬；再加熱到48(T495°C進(jìn)行第三次時(shí)效，時(shí)效時(shí)間為2~2.5h，水淬；再加熱到52(T550°C進(jìn)行第四次時(shí)效，時(shí)效時(shí)間為5~8h，水淬；再加熱到58(T620°C進(jìn)行第五次時(shí)效，時(shí)效時(shí)間為l(Tl2h，水淬，得到成品。檢測(cè)得到其微觀組織為:第二強(qiáng)化相Y'相組成為(Nia94Coatl6)3(Ala 457Tia 483NbaQ42Hfatll8), 二次 Y '相平均尺寸為 220nm，二次 Y '相占總Y '相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為49.6%，三次Y '相占總Y '相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50.4% ;碳化物組成為(Ti0.B4Nb0.25 Hf0.09 Zr_8)C，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.23%
[0013]以上三種合金取下裂紋擴(kuò)展速率試樣，分別在650°C、力值比R=0.05、加載頻率為10-30次/min (三角波，無保載)和650°C、力值比R=0.05、保載90s的試驗(yàn)條件下進(jìn)行疲勞
裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)，表1給出了應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍Λ K=50MPa ^ (mm/cycle)時(shí)合金的裂
紋擴(kuò)展速率?？梢娂尤胛⒘吭豀f后的鎳基粉末冶金高溫合金Alloy-2和Alloy-3具有較低的裂紋擴(kuò)展速率，在無保載條件下，與Alloy-1相比，裂紋擴(kuò)展速率減低了 33.0%~59.0%，其中含0.6ffif合金的裂紋擴(kuò)展速率最低；在保載條件下，與Alloy-1相比，裂紋擴(kuò)展速率降低了 58.5^70.4%，含Hf0.6%的合金的裂紋擴(kuò)展速率最低。表2給出了三種合金的高溫沖擊和650°C /970MPa持久性能，加Hf后，合金的高溫沖擊和持久性能良好。[0014]表1在應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍AK=50MPa(m1/2) (mm/cycle)時(shí)合金的裂紋擴(kuò)展速率
【權(quán)利要求】
1.一種具有高裂紋擴(kuò)展抗力的鎳基粉末冶金高溫合金，其特征在于:所述高溫合金按質(zhì)量百分比含量為:Col2.9%、Crl5.7%、W3.1%、Μο2.6%、Al 2.2%、Ti 3.8%、Nb 0.8%、C0.04%、Zr 0.04%、RE 0.08%、Hf 0.3~0.6%、余量為Ni ;所述高溫合金中第二強(qiáng)化相Y，相組成為(Ni0.94Co0.06) 3 (A10.457~0.462Τ?0.483~0.487Nb0.042~0.043Hf0.008~0.018)，二次Y '相平均尺寸為18(T220nm，二次Y '相占總Y '相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為49.6~53.2%，三次Y '相占總Y '相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.8~50.4%ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高裂紋擴(kuò)展抗力的鎳基粉末冶金高溫合金，其特征在于:所述高溫合金中MC型碳化物組成為(Ti0.64~0.69Nb0.25~0.26Hf0.04~0.09Zr0.0078~0.0080) C，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.22 ~0.23%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的具有高裂紋擴(kuò)展抗力的鎳基粉末冶金高溫合金，其特征在于:合金采用等離子旋轉(zhuǎn)電極制備合金粉末，粉末粒度范圍為50-?50μπι。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的具有高裂紋擴(kuò)展抗力的鎳基粉末冶金高溫合金，其特征在于:所述Hf含量為0.6%。`
【文檔編號(hào)】C22F1/10GK103866162SQ201410071312
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月2日
【發(fā)明者】王文姣 申請(qǐng)人:王文姣