CN103132148A - 一种低密度、低成本、高强镍基单晶高温合金 - Google Patents
一种低密度、低成本、高强镍基单晶高温合金 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103132148A CN103132148A CN2011103971530A CN201110397153A CN103132148A CN 103132148 A CN103132148 A CN 103132148A CN 2011103971530 A CN2011103971530 A CN 2011103971530A CN 201110397153 A CN201110397153 A CN 201110397153A CN 103132148 A CN103132148 A CN 103132148A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- single crystal
- low
- low cost
- low density
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
本发明提供了一种低密度、低成本、高强镍基单晶高温合金,该合金的组成成分构成和各成分的质量百分含量为:Cr:9.0~11.0%,Co:4.0~6.0%,Mo:2.0~4.0%,Ta:1.5~3.0%,Al:4.0~6.0%,Ti:4.0~6.0%,Hf:0~0.2%,其余为Ni;该合金不仅具有低密度、低成本特点,还具有较高的高温力学性能、抗氧化性能以及良好的组织稳定性;特别适用于航天、航空发动机高温部件。
Description
技术领域
本发明属于镍基单晶高温合金技术领域,具体涉及一种低密度、低成本、高强镍基单晶高温合金,该合金主要适用于在航天、航空发动机高温部件。
背景技术
镍基单晶高温合金具有优良的高温性能,是目前制造先进航空发动机和燃气轮机叶片的主要材料。20世纪80年代以来,相继发展和应用了第一代、第二代、第三代和***单晶高温合金,相应的每代单晶高温合金使用温度都被提高了近25℃。但是,随着单晶高温合金的不断发展,难熔元素含量不断增多,合金密度不断增加,单晶叶片在工作时产生的离心应力不断增加,导致原有发动机无法使用。目前我国只有低密度的多晶、定向合金,还没有研制出低密度的单晶合金。
针对上述背景,人们期望获得一种低密度、低成本、高强镍基单晶高温合金,其拉伸、持久、疲劳等性能与典型第一代高强镍基单晶高温合金相当。
发明内容
本发明的目的是提供一种低密度、低成本、高强镍基单晶高温合金,该合金在获得与典型第一代单晶高温合金相当力学性能的同时,具有低密度、低成本等特点。
本发明提供了一种低密度、低成本、高强镍基单晶高温合金,所述合金的组成成分构成和各成分的质量百分含量满足下述要求:
Cr:8.5~11.0%,Co:4.0~6.0%,Mo:2.0~4.0%,Ta:1.5~3.0%,Al:4.0~6.0%,Ti:4.0~6.0%,Hf:0~0.2%,其余为Ni。
本发明提供的低密度、低成本、高强镍基单晶高温合金,按重量百分比计,优化后的合金成分范围满足下述要求:
Cr:9.5~10.5%,Co:4.5~5.5%,Mo:2.5~3.5%,Ta:1.7~2.5%,Al:4.5~5.5%,Ti:4.5~5.5%,Hf:0~0.15%,其余为Ni。
本发明提供的低密度、低成本、高强镍基单晶高温合金,所述镍基单晶高温合金中,杂质的成分和质量百分含量满足下述要求:O≤0.002,N≤0.001,S≤0.004,P≤ 0.018,Si≤0.2,Pb≤0.0005,Bi≤0.00005。
本发明合金(合金牌号取名为DD436)的化学成分设计主要基于如下理由:
Cr在Ni基高温合金中最主要的作用是增加抗氧化和耐蚀能力,但是合金中Cr含量过高时会引起拓扑密排相(TCP)的析出。所以该镍基单晶高温合金中Cr含量为8.5~11.0wt.%。
Co对TCP相有抑制作用,扩大热处理窗口,但过高的Co含量会降低固溶温度,导致合金高温性能的降低,为保证合金的高温性能,Co含量控制在4.0~6.0%wt.%。
Mo是高温合金中最重要的固溶强化元素,但它是促进TCP相形成元素,对于合金的组织稳定性十分不利。而且Mo在高温氧化环境下,极易生成挥发性的氧化物,难易形成致密的氧化膜,在有Na2SO4的环境中,容易引起酸性熔融反应,产生严重的热腐蚀。因此,限制Mo的含量为2.0~4.0wt.%。
Al、Ti、Ta是高温合金中最主要的沉淀强化γ'相形成元素。Ti还有利于提高合金的抗热腐蚀性能,Al能明显提高合金的抗氧化性能,同时Ti和Al含量的增加,有利于降低合金的密度。所以,合金的Al和Ti含量都控制在4.0~6.0wt.%。Ta除了有效地提高合金的热强性以外,同时还能增加合金的抗氧化性能、耐腐蚀性能和铸造性能,但Ta过高,合金中共晶含量高,使合金的热处理变得极为困难,且增加合金的密度。结合这些因素本发明控制Ta含量在1.5~3.0wt.%。
适量Hf的加入可提高合金的工艺性能和力学性能,增加基体与涂层的结合力,但过量Hf的加入会降低合金的初熔温度,因此,将Hf含量控制在0-0.2wt.%。
本发明所述镍基单晶高温合金利用纯Ni、Co、Cr、Mo、Ta、Ti、Al、Hf等元素在真空感应炉中熔炼,并浇注成化学成分符合要求的母合金,然后再通过定向凝固设备(高速凝固法或液态金属冷却法)重熔、利用螺旋选晶器或仔晶法定向凝固成单晶试棒。使用前需经过热处理。
针对现有技术背景,本发明发展了一种低密度、低成本、高强镍基单晶高温合金,其密度仅为7.96 g/cm3,力学性能达到了典型第一代高强单晶高温合金CMSX-2水平。
本发明的优点及有益效果说明如下:
(1)与现有的其它镍基单晶高温合金相比,本发明合金具有低密度、低成本特点;
(2)本发明合金的持久性能与典型第一代单晶高温合金CMSX-2相当,982℃/232MPa下持久寿命>80h;760℃/800MPa下持久寿命>145h;
(3)本发明合金在1100℃完全抗氧化;
(4)本发明合金在900℃长期时效组织稳定。
附图说明
图1为本发明合金与第一代单晶高温合金CMSX-2的Larson-Miller曲线比较图;
图2为本发明合金在1100℃的氧化曲线;
图3为本发明合金900℃长期时效2000h后显微组织。
具体实施方式
以下实施例将对本发明予以进一步的说明,但并不因此而限制本发明。
具体制备方法要求:采用真空感应炉熔炼,先浇注成化学成分符合要求的母合金,然后再制备单晶试棒,使用前须经过热处理。
实施例1-6:
本发明镍基单晶高温合金试样的化学成分均参见表1。
实施例7:
本发明实施例2合金的密度测量值为7.96 g/cm3。
实施例8:
本发明实施例3合金试样经过热处理和机加工后进行持久性能测试,结果见表2。本发明实施例3合金和典型第一代单晶高温合金CMSX-2的Larson-Miller曲线比较见图1。本发明合金的持久性能与CMSX-2相当。
实施例9:
本发明实施例1合金的1100℃氧化曲线见图2。
实施例10:
本发明实施例4合金的拉伸性能见表3。
实施例11:
本发明实施例5合金的低周疲劳性能见表4。
实施例12:
合金完全热处理后,进行900℃长期时效实验,长期时效2000h后没有TCP相析出。本发明实施例6合金长期时效后组织见图3。
Claims (3)
1.一种低密度、低成本、高强镍基单晶高温合金,其特征在于:所述合金的组成成分构成和各成分的质量百分含量满足下述要求:
Cr:9.0~11.0%,Co:4.0~6.0%,Mo:2.0~4.0%,Ta:1.5~3.0%,Al:4.0~6.0%,Ti:4.0~6.0%,Hf:0~0.2%,其余为Ni。
2.按照权利要求1所述的低密度、低成本、高强镍基单晶高温合金,其特征在于:所述合金的组成成分构成和各成分的质量百分含量满足下述要求:Cr:9.5~10.5%,Co:4.5~5.5%,Mo:2.5~3.5%,Ta:1.7~2.5%,Al:4.5~5.5%,Ti:4.5~5.5%,Hf:0~0.15%,其余为Ni。
3.按照权利要求1或2所述的低密度、低成本、高强镍基单晶高温合金,其特征在于:所述镍基单晶高温合金中,杂质的成分和质量百分含量满足下述要求:O≤0.002,N≤0.001,S≤0.004,P≤0.018,Si≤0.2,Pb≤0.0005,Bi≤0.00005。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201110397153.0A CN103132148B (zh) | 2011-12-05 | 2011-12-05 | 一种低密度、低成本、高强镍基单晶高温合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201110397153.0A CN103132148B (zh) | 2011-12-05 | 2011-12-05 | 一种低密度、低成本、高强镍基单晶高温合金 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103132148A true CN103132148A (zh) | 2013-06-05 |
CN103132148B CN103132148B (zh) | 2015-08-19 |
Family
ID=48492574
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201110397153.0A Active CN103132148B (zh) | 2011-12-05 | 2011-12-05 | 一种低密度、低成本、高强镍基单晶高温合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103132148B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107675026A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-02-09 | 东方电气集团东方汽轮机有限公司 | 一种低成本、综合性能优良的镍基单晶高温合金 |
CN109518015A (zh) * | 2018-10-10 | 2019-03-26 | 安徽鑫国合金有限公司 | 一种镍铬-镍硅补偿合金丝合成工艺 |
CN111004944A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-14 | 长安大学 | 一种高钼二代镍基单晶高温合金及其制备方法 |
CN115383028A (zh) * | 2022-09-14 | 2022-11-25 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 提高gh4780合金锻件高温持久性能的方法及得到的锻件 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101316940A (zh) * | 2005-11-28 | 2008-12-03 | 西门子公司 | 修复构件中裂纹的方法以及用于焊接构件的焊料 |
CN101857931A (zh) * | 2010-06-09 | 2010-10-13 | 中国科学院金属研究所 | 一种高强度抗腐蚀镍基单晶高温合金 |
-
2011
- 2011-12-05 CN CN201110397153.0A patent/CN103132148B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101316940A (zh) * | 2005-11-28 | 2008-12-03 | 西门子公司 | 修复构件中裂纹的方法以及用于焊接构件的焊料 |
CN101857931A (zh) * | 2010-06-09 | 2010-10-13 | 中国科学院金属研究所 | 一种高强度抗腐蚀镍基单晶高温合金 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107675026A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-02-09 | 东方电气集团东方汽轮机有限公司 | 一种低成本、综合性能优良的镍基单晶高温合金 |
CN109518015A (zh) * | 2018-10-10 | 2019-03-26 | 安徽鑫国合金有限公司 | 一种镍铬-镍硅补偿合金丝合成工艺 |
CN111004944A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-14 | 长安大学 | 一种高钼二代镍基单晶高温合金及其制备方法 |
CN115383028A (zh) * | 2022-09-14 | 2022-11-25 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 提高gh4780合金锻件高温持久性能的方法及得到的锻件 |
CN115383028B (zh) * | 2022-09-14 | 2023-10-24 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 提高gh4780合金锻件高温持久性能的方法及得到的锻件 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103132148B (zh) | 2015-08-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107760926B (zh) | 一种高温合金铸件及其制备方法 | |
CN103114225B (zh) | 一种高强抗热腐蚀镍基单晶高温合金 | |
CN102732750B (zh) | 一种低成本、低密度镍基单晶高温合金 | |
CN100460543C (zh) | 一种高强抗热腐蚀低偏析定向高温合金 | |
CN103436739B (zh) | 一种含铼高强抗热腐蚀镍基单晶高温合金 | |
CN105506387B (zh) | 一种高比蠕变强度的镍基单晶高温合金及其制备方法和应用 | |
CN100482824C (zh) | 一种含铼镍基单晶高温合金及其制备工艺 | |
CN105200521B (zh) | 一种无铼低密度高性能镍基单晶高温合金及其热处理工艺 | |
JP5235383B2 (ja) | Ni基単結晶合金及び鋳物 | |
CN103382536A (zh) | 一种高强度且组织稳定的***单晶高温合金及制备方法 | |
CN106011541B (zh) | 一种Ni‑Cr‑Mo系高温合金材料及其制备方法 | |
CN109136654A (zh) | 一种低铼抗热腐蚀长寿命高强度第二代镍基单晶高温合金及其热处理工艺 | |
CN103173865B (zh) | 一种低成本镍基单晶高温合金及其制备方法 | |
CN111004944A (zh) | 一种高钼二代镍基单晶高温合金及其制备方法 | |
CN103132148B (zh) | 一种低密度、低成本、高强镍基单晶高温合金 | |
CN108866389B (zh) | 一种低成本高强抗热腐蚀镍基高温合金及其制备工艺和应用 | |
WO2023197976A1 (zh) | 一种单晶高温合金及其制备方法和应用 | |
CN105543568A (zh) | 一种含铂无铼镍基单晶高温合金及其制备方法和应用 | |
CN102282276B (zh) | Ni基单晶超合金 | |
CN114164357A (zh) | 一种低成本、低密度镍基单晶高温合金 | |
JP4773303B2 (ja) | 強度、耐食性、耐酸化特性に優れたニッケル基単結晶超合金及びその製造方法 | |
CN107630152A (zh) | 一种含钇和铪的镍基等轴晶合金及其热处理工艺和应用 | |
CN114703402B (zh) | 一种低成本高性能的素化单晶高温合金及其制备方法 | |
Zhang et al. | Effects of heat treatment on microstrucutures of a Re-containing Ni-based single crystal superalloy | |
CN107002182A (zh) | 热导率得到提高的690合金的有序合金的制备方法及由其制备而成的690合金的有序合金 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |