一種Ni?Cr?Mo?W系高溫合金材料、其制備方法及其應(yīng)用
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種Ni?Cr?Mo?W系高溫合金材料，屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，其化學(xué)組成，按重量百分比計(jì)為：C≤0.08；Cr14.5~16.5；Mo 15.0~17.0；W 3.0~4.5；Fe 4.0~7.0；V≤0.35；Co≤2.5；余量為Ni，還公開(kāi)了上述材料的制備方法和應(yīng)用；本發(fā)明的合金材料具有優(yōu)異的耐高溫性能、抗氧化耐腐蝕性能及力學(xué)性能，室溫（25℃）的抗拉強(qiáng)度σb≥900N/mm2，屈服強(qiáng)度σ0.2≥460N/mm2，伸長(zhǎng)率δ5≥40％；高溫持久性能：應(yīng)力140Mpa、溫度815℃，持久斷裂時(shí)間≥24h，伸長(zhǎng)率δ5≥15％；本發(fā)明的性能顯著優(yōu)于現(xiàn)有普通高溫合金材料，能夠滿足高溫等復(fù)雜工作環(huán)境的使用要求，可以提升發(fā)動(dòng)機(jī)功率15%以上，具有重要的意義，值得大規(guī)模推廣和應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種N i -Cr-Mo-W系高溫合金材料、其制備方法及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及合金材料領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種Ni-Cr-Mo-W系高溫合金材料、其制備方 法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 在航空技術(shù)領(lǐng)域，航空發(fā)動(dòng)機(jī)是最主要的部件之一，而航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，其關(guān)鍵部件 包括壓氣機(jī)、整體葉盤(pán)、滿輪盤(pán)、滿輪葉片等部件，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)，主要是運(yùn)些關(guān)鍵部件 的結(jié)構(gòu)和材料的改進(jìn)。
[0003] 比如，滿輪葉片是燃?xì)廨啓C(jī)的關(guān)鍵部件，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，必須不斷提高滿 輪燃?xì)膺M(jìn)口溫度。一般葉身部分的溫度達(dá)650°CW上，甚至高達(dá)980°C，葉根部分的溫度也高 達(dá)700°CW上。而且滿輪葉片承受氣動(dòng)力和離屯、力的作用，產(chǎn)生拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，同時(shí)燃 氣流的高速脈沖，使葉片產(chǎn)生震動(dòng)應(yīng)力。葉身部分承受的拉應(yīng)力平均為HOMpa，葉根部分承 受的拉應(yīng)力達(dá)280MpaW上，因此葉片材料要有足夠的高溫拉伸強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度， 此外還要有良好的機(jī)械疲勞、熱疲勞性能、抗氧化性能、抗熱腐蝕性能和一定的塑性。
[0004] 現(xiàn)有大量的關(guān)于用于制作航天發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫合金材料的報(bào)道，比如申請(qǐng)?zhí)枮?201210157236.7、專(zhuān)利名稱(chēng)為"一種高強(qiáng)抗熱腐蝕儀基單晶高溫合金"的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng);又 比如申請(qǐng)?zhí)枮?01510894737.7、專(zhuān)利名稱(chēng)為"一種儀基高溫合金粉"的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)，其適 用溫度僅為65(TC，在更高的溫度下其力學(xué)性能較差，不能滿足用于航天發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部位的 需要，同時(shí)，現(xiàn)有的高溫合金材料對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)功率的改進(jìn)較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的之一，就在于提供一種Ni-Cr-Mo-W系高溫合金材料，W解決上述問(wèn) 題。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是運(yùn)樣的：一種Ni-Cr-Mo-W系高溫合 金材料，其化學(xué)組成，按重量百分比計(jì)為： C《0.08; Cr 14.5~16.5; Mo 15.0~17.0; W3.0~4.5; Fe4.0~7.0; V《0.35; Co《2.5 余量為Ni。
[0007] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案:所述材料中，所含的雜質(zhì)，按質(zhì)量百分比計(jì)： P《0.04%S《0.03%
[0008] 本發(fā)明的目的之二，在于提供一種上述高溫合金材料的制備方法，采用的技術(shù)方 案為:包括W下步驟： (1) 按組分比例稱(chēng)量原料，然后進(jìn)行烙煉，烙煉溫度1540~1580°C，溶液誘注成自耗電 極； (2) 將步驟(1)所得的自耗電極進(jìn)行重烙精煉，重烙成電渣錠； (3) 將步驟(2)所得的電渣錠加熱至1200~1220°C，保溫20~30小時(shí)，然后降溫至1130 ~115(TC，保溫2~化，用壓機(jī)鍛造制成所需棒材或型材； (4) 將步驟(3)棒材采用探傷設(shè)備檢查棒材或型材忍部及表面缺陷，清除無(wú)缺陷棒材或 型材表面油污或石墨，然后加熱至1210~1230°C保溫1.5~2.5小時(shí)后，冷卻，即得。其中，冷 卻方式優(yōu)選為:水冷至595°C保溫16小時(shí)后空冷至室溫。
[0009] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案:步驟(1)中，烙煉時(shí)在真空感應(yīng)爐中進(jìn)行。
[0010] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案:步驟(2)在可控氣氛電渣爐中進(jìn)行。
[0011] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案:步驟(3)中所述壓機(jī)為液壓力快鍛機(jī)。
[0012] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案:步驟(3)中所述鍛造時(shí)采用多火次，小變形量的方式鍛造成 材。
[0013] 本發(fā)明目的之=，在于提供一種上述材料的應(yīng)用，采用的技術(shù)方案為:將所述合金 材料用于制作發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件。所述的關(guān)鍵部件是指壓氣機(jī)、整體葉盤(pán)、滿輪盤(pán)、滿輪葉片 等部件。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明的合金材料具有優(yōu)異的耐高溫性能、 抗氧化耐腐蝕性能及力學(xué)性能，室溫(25°C)的抗拉強(qiáng)度〇b>900N/mm2,屈服強(qiáng)度〇g.2>460N/ mm2,伸長(zhǎng)率65^40%;高溫持久性能:應(yīng)力140Mpa、溫度815°C，持久斷裂時(shí)間>24h，伸長(zhǎng)率 55^15%;本發(fā)明的性能顯著優(yōu)于現(xiàn)有普通高溫合金材料，能夠滿足高溫等復(fù)雜工作環(huán)境 的使用要求，可W提升發(fā)動(dòng)機(jī)功率15% W上，具有重要的意義，值得大規(guī)模推廣和應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016] 實(shí)施例1-5:采用不同含量的元素，制得合金材料，一共采用了 5種不同的配方，各 元素的組成見(jiàn)表1，表1中余量為Ni總計(jì)為100%，表1中，均為質(zhì)量百分含量值。
[0017]表1實(shí)施例1-5中各種元素的組成 包巧h步驟：
(1) 按組分比例稱(chēng)量原料，然后在真空感應(yīng)爐進(jìn)行烙煉，烙煉溫度1540~1580°C，溶液 誘注成自耗電極； (2) 將步驟(1)所得的自耗電極在可控氣氛電渣爐進(jìn)行重烙精煉，重烙成電渣錠； (3) 將步驟(2)所得的電渣錠加熱至1200~1220°C，保溫20~30小時(shí)，然后降溫至1130 ~115(TC，保溫2~化，用液壓力快鍛機(jī)鍛造制成所需棒材或型材； (4) 將步驟(3)棒材采用探傷設(shè)備檢查棒材或型材忍部及表面缺陷，清除無(wú)缺陷棒材或 型材表面油污或石墨，然后加熱至1210~1230°C保溫1.5~2.5小時(shí)后，水冷至595°C保溫16 小時(shí)后空冷至室溫，即得。
[0〇1引實(shí)施例6: 材料性能測(cè)試： 在成品鋼棒上取樣檢驗(yàn)力學(xué)性能，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的力學(xué)性能試驗(yàn)； 將實(shí)施例1-5所制得的成品鋼棒進(jìn)行性能測(cè)試，經(jīng)室溫拉伸試驗(yàn)，結(jié)果表明其力學(xué)性能 完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)結(jié)果如下： 表2室溫拉伸：
123 從上述結(jié)果可W看出，用本材料制造的航空用發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件，能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī) 部件工作環(huán)境的使用要求。 2 另外，本發(fā)明制得的合金用于制作發(fā)動(dòng)機(jī)，與采用現(xiàn)有的材料制備的發(fā)動(dòng)機(jī)相比， 實(shí)施例1-5的合金制作的發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率分別可W提高15.3 %、17.1 %、20.3 %、26.2 % 和 25.7%。 3 W上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用W限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Ni-Cr-Mo-W系高溫合金材料，其特征在于：其化學(xué)組成，按重量百分比計(jì)為：C 彡0.08; Cr 14.5-16.5； Mo 15.0-17.0； ff 3.0-4.5； Fe 4. 0~7. 0； V ^0.35； Co ^2.5； 余量為Ni。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ni-Cr-Mo-W系高溫合金材料，其特征在于:所述材料中， 所含的雜質(zhì)，按質(zhì)量百分比計(jì)： P彡0.04 % S彡0.03% Mn^l.O% Si^l. 0%〇3. 權(quán)利要求1或2所述的一種Ni-Cr-Mo-W系高溫合金材料的制備方法，其特征在于:包 括以下步驟： (1) 按組分比例稱(chēng)量原料，然后進(jìn)行熔煉，熔煉溫度1540~1580°C，溶液澆注成自耗電 極； (2) 將步驟(1)所得的自耗電極進(jìn)行重熔精煉，重熔成電渣錠； (3) 將步驟（2)所得的電渣錠加熱至1200~1220°C，保溫20~30小時(shí)，然后降溫至1130~ 1150°C，保溫2~3h，用壓機(jī)鍛造制成所需棒材或型材； (4) 將步驟(3)棒材采用探傷設(shè)備檢查棒材或型材芯部及表面缺陷，清除無(wú)缺陷棒材或 型材表面油污或石墨，然后加熱至1210~1230°C保溫1.5~2.5小時(shí)后，冷卻，即得。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種Ni-Cr-Mo-W系高溫合金材料的制備方法，其特征在于:步 驟(1)中，熔煉時(shí)在真空感應(yīng)爐中進(jìn)行。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種Ni-Cr-Mo-W系高溫合金材料的制備方法，其特征在于:步 驟(2)在可控氣氛電渣爐中進(jìn)行。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種Ni-Cr-Mo-W系高溫合金材料的制備方法，其特征在于:步 驟(3)中所述壓機(jī)為液壓力快鍛機(jī)。7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種Ni-Cr-Mo-W系高溫合金材料的制備方法，其特征在于:步 驟(3)中所述鍛造時(shí)采用多火次，小變形量的方式鍛造成材。8. 權(quán)利要求1或2所述的耐高溫合金材料的應(yīng)用，其特征在于，將所述合金材料用于制 作發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件。
【文檔編號(hào)】C22C1/02GK106048310SQ201610657451
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年8月11日 公開(kāi)號(hào)201610657451.1, CN 106048310 A, CN 106048310A, CN 201610657451, CN-A-106048310, CN106048310 A, CN106048310A, CN201610657451, CN201610657451.1
【發(fā)明人】李建, 雷德江, 黃志永, 劉永新, 丁勇, 張華國(guó)
【申請(qǐng)人】四川六合鍛造股份有限公司