本發(fā)明涉及合金鋼領(lǐng)域，尤其涉及用于燃燒室零部件的Co基合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
：在航空發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域，燃燒室的材料大多要求在高溫環(huán)境下具有強(qiáng)度，有時(shí)還要求具有優(yōu)異的耐氧化性。因此，在這種高溫用途中開(kāi)始使用Ni基合金或Co基合金，而在必需耐腐蝕性及延展性的高溫用途中，使用Co基合金而非Ni基合金。高溫合金對(duì)于發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)起著重要作用。Co基合金是一種能夠耐磨損和腐蝕以及高溫氧化的硬質(zhì)合金。鈷基合金以鈷作為主要成分，含有相當(dāng)數(shù)量的鎳、鉻、鎢等合金元素?，F(xiàn)有的鈷基合金具有較高的強(qiáng)度，但是在高溫等環(huán)境的沖擊下，它的使用性能不能令人滿意。在某些工業(yè)領(lǐng)域中，在長(zhǎng)期運(yùn)行的條件下，腐蝕現(xiàn)象也比較嚴(yán)重，機(jī)械性能以及耐高溫性能也不足。日本專利JP特開(kāi)2009-228024公開(kāi)了含有0.1≤Cr≤20.0質(zhì)量％、1.0≤Al≤6.0質(zhì)量％、3.0≤26.0質(zhì)量％、Ni≤50.0質(zhì)量％,余量包含Co以及不可避免的雜質(zhì)，研究顯示與Ni基合金同等或更好的高溫強(qiáng)度。中國(guó)專利CN1166798C公開(kāi)一種耐磨鈷基合金材料，按質(zhì)量百分比，其具體成分：Cr27.0-29.0，W4.0-6.0，C1.3-1.6，Si0.3-1.2，Mn0.3-1，Co為余量，Ni、Mo為可以忽略的雜質(zhì)，相比現(xiàn)有技術(shù)中追求材料的塑性引起強(qiáng)度下降的情況，能確保強(qiáng)度和硬度的同時(shí)，提高材料的塑性，進(jìn)而改善合金切削和磨削加工性能。但是現(xiàn)有技術(shù)中并沒(méi)有針對(duì)燃燒室零部件的Co基合金，而目前，隨著工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)功率的不斷提高，對(duì)多樣化的高性能高溫合金材料的需求亦隨之增加。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于燃燒室零部件的Co基合金及其制備方法。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種用于燃燒室零部件的Co基合金，按重量百分比計(jì)，其化學(xué)組成為：C0.05～0.15％，Cr20.00～24.00％，Ni20.00～24.00％，W13.00～16.00％，La0.03～0.12％，Si0.20～0.50％，余量是Co及不可避免的雜質(zhì)。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，按重量百分比計(jì)，其化學(xué)組成為：C0.10～0.15％，Cr20.00～22.00％，Ni22.00～24.00％，W13.00～14.00％，La0.05～0.10％，Si0.40～0.50％，余量是Co及不可避免的雜質(zhì)。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，按重量百分比計(jì)，其化學(xué)組成為：C0.15％，Cr20.00％，Ni24.00％，W13.00％，La0.10％，Si0.50％，余量是Co及不可避免的雜質(zhì)。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，按重量百分比計(jì)，所述雜質(zhì)為：P≤0.020％，S≤0.015％，Cu≤0.07％，Ag≤0.001％，Bi≤0.0001％，Pb≤0.001％，B≤0.015％。本發(fā)明還保護(hù)上述Co基合金及其制備方法，包括以下步驟：(1)取所需元素于真空感應(yīng)爐中熔煉，熔煉溫度1300～1500℃；在熔煉過(guò)程中調(diào)節(jié)各元素的含量，使其重量比符合設(shè)計(jì)要求，控制雜質(zhì)元素的含量盡量低，溶液澆注成自耗電極；(2)將自耗電極于電渣重熔爐中重熔精煉，進(jìn)一步降低雜質(zhì)元素的含量，使其符合設(shè)計(jì)要求，重熔成電渣錠；(3)將鋼錠加熱鍛造制成鋼棒，將鋼棒加熱至1100-1200℃保溫2～4小時(shí)，開(kāi)始鍛造；(4)鋼棒鍛后攤開(kāi)空冷；(5)鋼棒表面處理，對(duì)成品鋼棒表面進(jìn)行車(chē)光處理，消除表面缺陷并使鋼棒尺寸、形狀、表面質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的熔煉溫度為1460～1500℃。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟(3)將鋼棒加熱至1170℃。本發(fā)明還保護(hù)所述Co基合金在燃燒室零部件的制備中的應(yīng)用。本發(fā)明所述的燃燒室零部件可以根據(jù)具體需要，采用現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法進(jìn)行制備。本發(fā)明的具有優(yōu)異機(jī)械性能和耐高溫的Co基合金的化學(xué)成分的設(shè)計(jì)中：碳：是合金中的重要元素，合金硬度大體上是隨著碳含量的增加而提高。本發(fā)明鋼中碳含量控制為0.05～0.15％，最優(yōu)為0.15％。鉻：具有雙重作用，一是固溶到鈷基體中，提高基體的強(qiáng)度和耐腐蝕性，而是生成碳化物，提高耐磨性。。因此本發(fā)明Cr含量控制為20.00～24.00％，最優(yōu)為20.00％鎢：可以強(qiáng)化基體，參與形成碳化物，增加強(qiáng)化相數(shù)量，提高耐磨性。鎳：改善合金韌性，并可以替代一部分鈷，從而降低合金成本。硅：可以改善也太金屬的流動(dòng)性，合金中含有少量硅，可提高合金的質(zhì)量。鑭：可以使得晶粒細(xì)化，促使形成更好的合金結(jié)構(gòu)。雜質(zhì)對(duì)于Co基合金的機(jī)械性能危害很大，所以要盡量降低雜質(zhì)含量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：采用如上所述的配方設(shè)計(jì)和工藝方法制備得到的Co基合金材料，各元素組分之間協(xié)同配合作用，是最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，制備得到的Co基合金具有優(yōu)異的機(jī)械性能和耐高溫性能，其中抗拉強(qiáng)度Rm≥870Mpa；屈服強(qiáng)度Rp0.2≥450Mpa；伸長(zhǎng)率A≥55％，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)中的Co基材料。本發(fā)明尤其適用于對(duì)機(jī)械強(qiáng)度以及高溫持久性要求高的燃燒設(shè)備，如那些需要極限的高的拉伸強(qiáng)度以及高壓高壓環(huán)境。具體實(shí)施方式制備Co基合金及其制備方法，包括以下步驟：(1)取所需元素于真空感應(yīng)爐中熔煉，熔煉溫度1460℃；在熔煉過(guò)程中調(diào)節(jié)各元素的含量，使其重量比符合設(shè)計(jì)要求，控制雜質(zhì)元素的含量盡量低，溶液澆注成自耗電極；(2)將自耗電極于電渣重熔爐中重熔精煉，進(jìn)一步降低雜質(zhì)元素的含量，使其符合設(shè)計(jì)要求，重熔成電渣錠；(3)將鋼錠加熱鍛造制成鋼棒，將鋼棒加熱至1170℃保溫3小時(shí)，開(kāi)始鍛造；(4)鋼棒鍛后攤開(kāi)空冷；(5)鋼棒表面處理，對(duì)成品鋼棒表面進(jìn)行車(chē)光處理，消除表面缺陷并使鋼棒尺寸、形狀、表面質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。以下各實(shí)施例1-4的Co基合金的化學(xué)成分如表1所示。表1實(shí)施例以及對(duì)比例的化學(xué)組成(單位為％)在成品鋼棒上取樣檢驗(yàn)力學(xué)性能，試樣熱處理步驟及工藝參數(shù)如下：固溶處理：1060±10℃，保溫≥0.5h，水冷。在室溫(25℃)下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。表2實(shí)施例的各項(xiàng)機(jī)械性能Rm(Mpa)Rp0.2(Mpa)伸長(zhǎng)率A(％)備注實(shí)施例187045158縱向?qū)嵤├?87345056縱向?qū)嵤├?87145555縱向?qū)嵤├?89147061縱向?qū)Ρ壤?75340240縱向?qū)Ρ壤鼼H15976041039縱向然后進(jìn)行試樣的高溫(試驗(yàn)溫度：927℃，試驗(yàn)應(yīng)力：90Mpa)持久試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。表2實(shí)施例的耐高溫性能持久時(shí)間伸長(zhǎng)率實(shí)施例124h21實(shí)施例225h20實(shí)施例324h20實(shí)施例430h25對(duì)比例120h14對(duì)比例GH15918h15可見(jiàn)，采用上述材料及相應(yīng)工藝方法制備的Co基合金，經(jīng)室溫機(jī)械性能試驗(yàn)以及耐高溫性能測(cè)試，結(jié)果表明其力學(xué)性能優(yōu)異，且遠(yuǎn)高于對(duì)比例1以及現(xiàn)有技術(shù)中的GH159，實(shí)施例3的機(jī)械性能和耐高溫性能尤為突出。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3