CN106435279B - 一种高强度抗氧化高温合金及其热处理工艺和应用 - Google Patents

一种高强度抗氧化高温合金及其热处理工艺和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度抗氧化高温合金，其化学组成按重量百分比计为：C≤0.08；Mn≤0.1；Cr 14.0～16.0；Mo 4.5～6.0；Ti 3.35～3.65；Fe 4.0～6.0；Al 4.4～4.8；B 0.05～0.11；余量为Ni和不可避免的杂质。本发明的合金在室温(25℃)的抗拉强度σb≥950N/mm2，屈服强度σ0.2≥790N/mm2，伸长率δ5≥4％，面缩率≥9％；高温持久性能：应力140Mpa、温度980℃，抗拉强度σb≥550N/mm2，屈服强度σ0.2≥260N/mm2，伸长率δ5≥16％，面缩率≥32％；在600℃和900℃下本发明合金的Kp可分别达2.32×10‑20mg2·cm‑4·s‑1和1.23×10‑7mg2·cm‑4·s‑1。本发明还提供了制备上述合金的热处理工艺及该合金在发动机部件上的应用。

Description

一种高强度抗氧化高温合金及其热处理工艺和应用
技术领域
本发明涉及合金材料的设计制造，尤其涉及一种高强度抗氧化高温合金及其热处理工艺和应用。
背景技术
在航空技术领域，航空发动机的热部件中，叶片材料的使用条件最为苛刻。
涡轮叶片是燃气轮机的关键部件，为了提高发动机的效率，必须不断提高涡轮燃气进口温度。一般叶身部分的温度达650℃以上，甚至高达980℃，叶根部分的温度也高达700℃以上。而且涡轮叶片承受气动力和离心力的作用，产生拉应力和弯曲应力，同时燃气流的高速脉冲，使叶片产生震动应力。叶身部分承受的拉应力平均为140Mpa，叶根部分承受的拉应力达280Mpa以上，因此叶片材料要有足够的高温拉伸强度、持久强度和蠕变强度，此外还要有良好的机械疲劳、热疲劳性能、抗氧化性能、抗热腐蚀性能和一定的塑性。
《Ni-Cr-Al-Fe基合金粉末的高温抗氧化行为》研究了不同元素配比对Ni-Cr-Al-Fe基合金的抗氧化性能的影响。该研究发现在添加钇的情况下，将铝的含量提升至9％，可获得在600℃下氧化的Kp为5.94×10-19mg2·cm-4·s-1的抗氧化性能。
为了进一步增强此类合金的抗氧化性能，有研究者探究了石墨的添加对合金抗氧化性能的影响，发现当石墨的含量增加到6.0wt.％时，Ni-Cr基合金表现出较好的抗氧化性，质量增加最小。
申请号为201510579422.3的中国专利公布了其所得的Ni-Cr-Al-Fe基合金材料同样具备较好的力学性能。虽然，所得合金的抗拉强度较好，但屈服强度不够理想。
一般而言，稀土金属(如钇)的供给常受限制，价格也较高，如何不用稀土金属制备性能优秀的高温合金材料，是本领域人员的重点研究方向之一。
综上所述，本领域亟待寻求一种强度性能优秀、抗氧化性能更佳且制备原料易得的可用于制备涡轮叶片制备的高温合金材料。
发明内容
本发明的目的之一是开发出使用强度性能(主要是高温拉伸强度、高温屈服强度性能、高温持久)更高、抗氧化性能更好、综合性能更佳的高温合金材料；本发明的另一目的是解决其有更好的使用性能的热处理工艺；本发明还有一个目的在于提供所得合金在发动机部件上的应用，尤其是在涡轮叶片上的应用。
本发明的技术解决方案是：采用Ni-Cr-Mo-Al-Ti-B钢基合金，其化学成分，以重量百分比计，C≤0.08；Mn≤0.10；Cr 14.0～16.0；Mo 4.5～6.0；Ti 3.35～3.65；Fe 4.0～6.0；Al 4.4～4.8；B 0.05～0.11；余量为Ni和不可避免的杂质。
所述不可避免的杂质包括：P≤0.04；S≤0.015；Cu≤0.1；Si≤0.15。
上述合金的热处理工艺包括步骤：
(1)将制备得到的锻件，于1100-1190℃下进行固溶处理，保温0.5-5小时，之后冷却至室温；
(2)于1020-1100℃下进行中间处理，保温0.5-5小时，之后冷却至室温；
(3)于800-875℃下进行时效处理，保温1-10小时，之后冷却至室温。
与申请号为201510579422.3的中国专利相比，本发明合金不使用稀土金属钇，所用的原料易得。同时，本发明的发明人发现，在提高铝的含量不足以获得优秀的抗氧化性能之后，通过Ti、Mo和B的共同添加，不仅使得合金的抗氧化性能得以大幅提升，更重要的是还大幅提升了合金的屈服强度。
目前，Ti的加入对高温合金的抗氧化性能有何影响，尚未形成定论。如NagelbergA S的研究表明Ti对310不锈钢(Fe20Ni25Cr)的抗氧化性不利。
同时，对于一般的Fe-Cr-Ni-Al合金而言，加入Ti后，合金的高温抗氧化性会降低，且Ti的含量越高，影响越大。这是因为，加入Ti后，合金表面会形成TiO2，从而破坏了(Fe、Cr)2O3·NiO保护膜，为氧提供了扩散通道，加剧氧化。
优选的，步骤(1)中，固溶处理温度为1150℃，保温时间为1小时。
优选的，步骤(2)中，中间处理温度为1065℃，保温时间为2小时。
优选的，步骤(3)中，时效处理温度为845℃，保温时间为4小时。
所述冷却的方式为空冷或水冷，优选为空冷。
所述锻件是将合金原料经真空感应炉和真空自耗重熔熔炼和精炼处理后所得。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的合金材料具有优异的耐高温性能及力学性能，室温下的抗拉强度σb≥950N/mm2，屈服强度σ0.2≥790N/mm2，伸长率δ5≥4％，面缩率≥9％；高温持久性能：应力140Mpa、温度980℃，抗拉强度σb≥550N/mm2，屈服强度σ0.2≥260N/mm2，伸长率δ5≥16％，面缩率≥32％；
(2)本发明的合金材料具有优异的高温抗氧化性能，600℃下Kp可达2.32×10- 20mg2·cm-4·s-1；900℃下Kp可仅为1.23×10-7mg2·cm-4·s-1；
(3)本发明的涡轮叶片材料能够满足高温复杂工作环境的使用要求，对于提升发动机功率，具有重要的意义，值得大规模推广和应用，在材料制造过程中，进行固溶处理，使溶质原子进入到溶剂晶格中，使晶格产生畸变，使固溶体硬度和强度升高，强化涡轮片材料的韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，方便后面继续加工成型，最后对材料进行时效处理，在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高涡轮叶片材料的强度，有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。
具体实施方式
实施例1
(1)按下述合金成分(质量百分比)准备原料：
C 0.08；Mn 0.1；Cr 14.0；Mo 4.5；Ti 3.35；Fe 4.0；Al 4.4；B 0.05；P≤0.04％；S≤0.015％；Cu≤0.1％；Si≤0.15％；余量为Ni。
(2)通过真空感应炉和真空自耗重熔进行熔炼和精炼后，获得合金锻件；
(3)将制备得到的锻件，于1100℃下进行固溶处理，保温5小时，之后冷却(空冷)至室温；
(4)于1020℃下进行中间处理，保温5小时，之后冷却(空冷)至室温；
(5)于800℃下进行时效处理，保温10小时，之后冷却(空冷)至室温。
(6)利用热锻或热轧工艺进行成型处理。
实施例2
(1)按下述合金成分准备原料：
C 0.05；Mn 0.08；Cr 16.0；Mo 6.0；Ti 3.65；Fe 6.0；Al 4.8；B 0.11；P≤0.04％；S≤0.015％；Cu≤0.1％；Si≤0.15％；余量为Ni。
(2)通过真空感应炉和真空自耗重熔进行熔炼和精炼后，获得合金锻件；
(3)将制备得到的锻件，于1190℃下进行固溶处理，保温0.5小时，之后冷却(空冷)至室温；
(4)于1100℃下进行中间处理，保温0.5小时，之后冷却(空冷)至室温；
(5)于875℃下进行时效处理，保温1小时，之后冷却(空冷)至室温。
(6)利用热锻或热轧工艺进行成型处理。
实施例3
(1)按下述合金成分准备原料：
C 0.03；Mn≤0.05；Cr 15.0；Mo 5.0；Ti 3.50；Fe 5.0；Al 4.5；B 0.06；P≤0.04％；S≤0.015％；Cu≤0.1％；Si≤0.15％；余量为Ni。
(2)通过真空感应炉和真空自耗重熔进行熔炼和精炼后，获得合金锻件；
(3)将制备得到的锻件，于1150℃下进行固溶处理，保温1小时，之后冷却(空冷)至室温；
(4)于1065℃下进行中间处理，保温2小时，之后冷却(空冷)至室温；
(5)于845℃下进行时效处理，保温4小时，之后冷却(空冷)至室温。
(6)利用热锻或热轧工艺进行成型处理。
实验例1
对实施例1-3所得合金进行力学性能检测：
室温(25℃)的抗拉强度σb≥950N/mm2，屈服强度σ0.2≥790N/mm2，伸长率δ5≥4％，面缩率≥9％；高温持久性能：应力140Mpa、温度980℃，抗拉强度σb≥550N/mm2，屈服强度σ0.2≥260N/mm2，伸长率δ5≥16％，面缩率≥32％。
实验例2
对实施例1-3所得合金在600℃和900℃下进行Kp检测，结果如表1所示：
表1
实验例3
将实施例3的合金中B的含量调高至0.13％后，所得合金在应力140Mpa、温度980℃条件下，抗拉强度σb为378N/mm2，屈服强度σ0.2为192N/mm2。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种高强度抗氧化高温合金的热处理工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：
(1)将制备得到的锻件，于1100-1190℃下进行固溶处理，保温0.5-5小时，之后冷却至室温；
(2)于1020-1100℃下进行中间处理，保温0.5-5小时，之后冷却至室温；
(3)于800-875℃下进行时效处理，保温1-10小时，之后冷却至室温；
所述高温合金的化学组成，按重量百分比计为：
C≤0.08；
Mn≤0.10；
Cr 14.0～16.0；
Mo 4.5～6.0；
Ti 3.35～3.65；
Fe 4.0～6.0；
Al 4.4～4.8；
B 0.05～0.11；
余量为Ni和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高强度抗氧化高温合金的热处理工艺，其特征在于：所述杂质，按质量百分比计，包括：
P≤0.04％，S≤0.015％，
Cu≤0.1％，Si≤0.15％。
3.根据权利要求1或2所述的一种高强度抗氧化高温合金的热处理工艺，其特征在于，步骤(1)中，固溶处理温度为1150℃，保温时间为1小时。
4.根据权利要求1或2所述的一种高强度抗氧化高温合金的热处理工艺，其特征在于，步骤(2)中，中间处理温度为1065℃，保温时间为2小时。
5.根据权利要求1或2所述的一种高强度抗氧化高温合金的热处理工艺，其特征在于，步骤(3)中，时效处理温度为845℃，保温时间为4小时。
6.根据权利要求1或2所述的一种高强度抗氧化高温合金的热处理工艺，其特征在于，所述冷却的方式为空冷或水冷。
7.根据权利要求1或2所述的一种高强度抗氧化高温合金的热处理工艺，其特征在于，所述锻件是将合金原料经真空感应炉和真空自耗重熔熔炼和精炼处理后所得。
8.根据权利要求1或2所述的一种高强度抗氧化高温合金的热处理工艺处理获得的高强度抗氧化高温合金材料。
9.权利要求8所述高强度抗氧化高温合金材料在发动机部件上的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述发动机部件为涡轮叶片。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106702217A (zh) * 2017-03-07 2017-05-24 四川六合锻造股份有限公司 一种Ni‑Cr‑Co‑Mo‑Al‑Ti系高温合金材料及其制备方法
CN108754237A (zh) * 2018-05-15 2018-11-06 昆明理工大学 一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的粉末冶金制备方法
CN111719057A (zh) * 2019-03-20 2020-09-29 沈阳人和机械制造有限公司 一种降膜管及其制造工艺
CN110468357A (zh) * 2019-08-22 2019-11-19 惠州市泰铭五金有限公司 一种高寿命抗热差变形金属板材及加工方法
CN114934157A (zh) * 2022-07-01 2022-08-23 丹阳市金星镍材有限公司 冷镦用镍基高温合金的热处理工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3524744A (en) * 1966-01-03 1970-08-18 Iit Res Inst Nickel base alloys and process for their manufacture
EP0066365A2 (en) * 1981-04-20 1982-12-08 International Nickel Inc. Nickel-chromium-iron alloy and castings thereof
CN101784685A (zh) * 2007-08-31 2010-07-21 日立金属株式会社 高温强度优异的锅炉用低热膨胀Ni基超耐热合金和使用它的锅炉部件以及锅炉部件的制造方法
CN102625856A (zh) * 2009-08-20 2012-08-01 奥贝尔&杜瓦尔公司 镍基超耐热合金和由所述超耐热合金制成的部件
CN102808125A (zh) * 2012-08-24 2012-12-05 叶绿均 一种耐高温镍基合金的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3524744A (en) * 1966-01-03 1970-08-18 Iit Res Inst Nickel base alloys and process for their manufacture
EP0066365A2 (en) * 1981-04-20 1982-12-08 International Nickel Inc. Nickel-chromium-iron alloy and castings thereof
CN101784685A (zh) * 2007-08-31 2010-07-21 日立金属株式会社 高温强度优异的锅炉用低热膨胀Ni基超耐热合金和使用它的锅炉部件以及锅炉部件的制造方法
CN102625856A (zh) * 2009-08-20 2012-08-01 奥贝尔&杜瓦尔公司 镍基超耐热合金和由所述超耐热合金制成的部件
CN102808125A (zh) * 2012-08-24 2012-12-05 叶绿均 一种耐高温镍基合金的制备方法

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