CN107217174A - Ni‑Cr基高温合金及其制备与检测方法 - Google Patents

Ni‑Cr基高温合金及其制备与检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了Ni‑Cr基高温合金及其制备与检测方法。Ni‑Cr基高温合金，以重量百分比计，包括C：0.05％～0.09％、Cr：14.00％～16.00％、Al：2.40％～2.70％、Ti：1.9％～2.20％、W：6.00％～7.00％、Mo：3.00％～4.00％、Co：0.40％～0.80％、V：0.40％～0.60％以及余量Ni和不可避免的杂质。本发明Ni‑Cr基高温合金，对成份和制备方法进行了优化，使合金材料在650℃～850℃范围内具有高的拉伸强度和持久强度，降低了杂质元素的含量；制备过程中溶液浇注成消耗自身电极，制备简单，降低了制造成本；同时提高了耐热性能，提高了合金材料在使用过程中的组织稳定和综合性能，从而提高通过该种合金材料制造的产品的寿命，有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。

Description

Ni-Cr基高温合金及其制备与检测方法
技术领域
本发明涉及变形高温合金材料及其制备方法，特别涉及Ni-Cr基高温合金及其制备方法。
背景技术
高温合金对于发展航空发动机和工业燃气轮机起着重要作用。目前，气轮机功率的不断提高，对高性能高温合金材料的需求亦随之增加，而现有的合金材料杂质元素的含量比较高，存在溶液浇注成不能消耗自身电极，耐热性能差，并且制造成本高，制造复杂等诸多缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供新的Ni-Cr基高温合金。
Ni-Cr基高温合金，以重量百分比计，包括C：0.05％～0.09％、Cr：14.00％～16.00％、Al：2.40％～2.70％、Ti：1.9％～2.20％、W：6.00％～7.00％、Mo：3.00％～4.00％、Co：0.40％～0.80％、V：0.40％～0.60％以及余量Ni和不可避免的杂质。
作为优选地，上述Ni-Cr基高温合金，以重量百分比计，包括C：0.06％～0.08％、Cr：14.80％～15.50％、Al：2.50％～2.66％、Ti：2.0％～2.10％、W：6.09％～6.78％、Mo：3.16％～3.82％、Co：0.55％～0.78％、V：0.48％～0.56％以及余量Ni和不可避免的杂质。
作为优选地，上述Ni-Cr基高温合金，以重量百分比计，包括C：0.07％～0.08％、Cr：15.10％～15.50％、Al：2.58％～2.66％、Ti：2.0％～2.10％、W：6.22％～6.78％、Mo：3.36％～3.82％、Co：0.63％～0.78％、V：0.48％～0.53％以及余量Ni和不可避免的杂质。
作为优选地，上述杂质为：以占所述高温合金材料重量百分比计，Fe小于或等于2.00％、P小于或等于0.010％、S小于或等于0.010％、B小于或等于0.020％、Ce小于或等于0.020％、Cu小于或等于0.10％、Si小于或等于0.30％、Mn小于或等于0.20％、Mg小于或等于0.005％。
作为优选地，上述杂质为：以占所述高温合金材料重量百分比计，Fe小于2.00％、P小于0.010％、S小于0.010％、B小于0.020％、Ce小于0.020％、Cu小于0.10％、Si小于0.30％、Mn小于0.20％、Mg小于0.005％。
本发明的另外一个目的在于提供Ni-Cr基高温合金的制备方法。
Ni-Cr基高温合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤A、取所需元素于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1500～1520℃，在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，溶液浇注成自耗电极；
步骤B、将步骤A浇注成的自耗电极于真空自耗炉中重熔精炼，重熔成电渣锭；
步骤C、将步骤B的电渣锭加热锻造制成钢棒；
步骤D、将步骤C的钢棒锻后空冷至室温；
步骤E、将步骤D的钢棒表面处理，对钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求。
作为优选地，上述步骤B中重熔精炼的操作条件如下：
1)真空度：冷态真空度＜0.13Pa；
2)电力制度：其电压为23V±1V，电流为5000±200A。
作为优选地，上述步骤C具体操作为：将钢棒加热至1000～1020℃，保温2～4小时后升温至1170～1190℃保温20～30小时出炉包套，回炉再烧1～2小时后开始锻造。
本发明还提供了Ni-Cr基高温合金的力学性能检测方法，包括以下步骤：
(1)取通过上述Ni-Cr基高温合金的制备方法制备得到的钢棒为试样；
(2)试样热处理，放置在温度为1210±10℃环境中，保温2.0h后进行空冷，再进行温度为1050±10℃，保温4.0h后进行空冷，然后将试样放置在温度为800±10℃，保温16.0h后空冷；
(3)高温性能检测，将步骤(2)中热处理后的试样放置在温度为850℃环境，检测其抗拉强度Rm≥640Mpa、伸长率A≥6.0％、断面收缩率Z≥9.0％；温度为850℃、应力为265Mpa，其持久断裂时间≥50h。
本发明所述Ni-Cr基高温合金又可称为Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，为了表述简洁，本发明统称为Ni-Cr基高温合金。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：本发明Ni-Cr基高温合金，对成份和制备方法进行了优化，使合金材料在650℃～850℃范围内具有高的拉伸强度和持久强度，降低了杂质元素的含量；制备过程中溶液浇注成消耗自身电极，制备简单，降低了制造成本；同时提高了耐热性能，提高了合金材料在使用过程中的组织稳定和综合性能，从而提高通过该种合金材料制造的产品的寿命，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
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1Ni-Cr基高温合金及其制备方法、检测方法
Ni-Cr基高温合金，以重量百分比计，包括C：0.09％、Cr：14.00％、Al：2.40％、Ti：2.20％、W：7.00％、Mo：3.00％、Co：0.80％、V：0.40％，以及余量Ni和不可避免的杂质。
本例Ni-Cr基高温合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤A、取所需元素于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1500～1520℃，在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，溶液浇注成自耗电极；
步骤B、将步骤A浇注成的自耗电极于真空自耗炉中重熔精炼，重熔成电渣锭；重熔精炼的操作条件如下：
1)、真空度：冷态真空度＜0.13Pa；
2)、电力制度：其电压为23V±1V，电流为5000±200A。
步骤C、将步骤B的电渣锭加热锻造制成钢棒，具体操作为：将钢棒加热至1000～1020℃，保温2～4小时后升温至1170～1190℃保温20～30小时出炉包套，回炉再烧1～2小时后开始锻造。
步骤D、将步骤C的钢棒锻后空冷至室温；
步骤E、将步骤D的钢棒表面处理，对钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求。
Ni-Cr基高温合金的力学性能检测方法，包括以下步骤：
(1)取通过上述Ni-Cr基高温合金的制备方法制备得到的钢棒为试样；
(2)试样热处理，放置在温度为1210±10℃环境中，保温2.0h后进行空冷，再进行温度为1050±10℃，保温4.0h后进行空冷，然后将试样放置在温度为800±10℃，保温16.0h后空冷；
(3)高温性能检测，将步骤(2)中热处理后的试样放置在温度为850℃环境，检测其抗拉强度Rm≥640Mpa、伸长率A≥6.0％、断面收缩率Z≥9.0％；温度为850℃、应力为265Mpa，其持久断裂时间≥50h。
实施例2Ni-Cr基高温合金及其制备方法、检测方法
Ni-Cr基高温合金，以重量百分比计，包括C：0.07％、Cr：15.50％、Al：2.63％、Ti：2.0％、W：6.78％、Mo：3.82％、Co：0.63％、V：0.51％以及余量Ni和不可避免的杂质。
本例Ni-Cr基高温合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤A、取所需元素于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1510～1518℃，在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，溶液浇注成自耗电极；
步骤B、将步骤A浇注成的自耗电极于真空自耗炉中重熔精炼，重熔成电渣锭；重熔精炼的操作条件如下：
1)、真空度：冷态真空度＜0.13Pa；
2)、电力制度：其电压为23V±1V，电流为5000±200A。
步骤C、将步骤B的电渣锭加热锻造制成钢棒，具体操作为：将钢棒加热至1010～1017℃，保温3.5小时后升温至1178～1185℃保温22小时出炉包套，回炉再烧1.5小时后开始锻造。
步骤D、将步骤C的钢棒锻后空冷至室温；
步骤E、将步骤D的钢棒表面处理，对钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求。
Ni-Cr基高温合金的力学性能检测方法，包括以下步骤：
(1)取通过上述Ni-Cr基高温合金的制备方法制备得到的钢棒为试样；
(2)试样热处理，放置在温度为1210±10℃环境中，保温2.0h后进行空冷，再进行温度为1050±10℃，保温4.0h后进行空冷，然后将试样放置在温度为800±10℃，保温16.0h后空冷；
(3)高温性能检测，将步骤(2)中热处理后的试样放置在温度为850℃环境，检测其抗拉强度Rm≥640Mpa、伸长率A≥6.0％、断面收缩率Z≥9.0％；温度为850℃、应力为265Mpa，其持久断裂时间≥50h。
实施例1和实施例2Ni-Cr基高温合金经力学性能检测，其高温试验数据详见表1。
表1
实验结果可证明采用本发明Ni-Cr基高温合金制造的航空发动机紧固件部件，能够满足其工作环境的使用要求。
实施例3Ni-Cr基高温合金
Ni-Cr基高温合金，以重量百分比计，包括C：0.08％、Cr：15.10％、Al：2.66％、Ti：2.10％、W：6.22％、Mo：3.36％、Co：0.78％、V：0.48％以及余量Ni和不可避免的杂质。
实施例4Ni-Cr基高温合金
Ni-Cr基高温合金，以重量百分比计，包括C：0.076％、Cr：15.40％、Al：2.58％、Ti：2.07％、W：6.61％、Mo：3.55％、Co：0.69％、V：0.53％以及余量Ni和不可避免的杂质。
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附图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 (9)

1.Ni-Cr基高温合金，其特征在于，以重量百分比计，包括C：0.05％～0.09％、Cr：14.00％～16.00％、Al：2.40％～2.70％、Ti：1.9％～2.20％、W：6.00％～7.00％、Mo：3.00％～4.00％、Co：0.40％～0.80％、V：0.40％～0.60％以及余量Ni和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的Ni-Cr基高温合金，其特征在于，以重量百分比计，包括C：0.06％～0.08％、Cr：14.80％～15.50％、Al：2.50％～2.66％、Ti：2.0％～2.10％、W：6.09％～6.78％、Mo：3.16％～3.82％、Co：0.55％～0.78％、V：0.48％～0.56％以及余量Ni和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的Ni-Cr基高温合金，其特征在于，以重量百分比计，包括C：0.07％～0.08％、Cr：15.10％～15.50％、Al：2.58％～2.66％、Ti：2.0％～2.10％、W：6.22％～6.78％、Mo：3.36％～3.82％、Co：0.63％～0.78％、V：0.48％～0.53％以及余量Ni和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的Ni-Cr基高温合金，其特征在于，以占所述高温合金材料重量百分比计，所述杂质为：Fe小于或等于2.00％、P小于或等于0.010％、S小于或等于0.010％、B小于或等于0.020％、Ce小于或等于0.020％、Cu小于或等于0.10％、Si小于或等于0.30％、Mn小于或等于0.20％、Mg小于或等于0.005％。
5.根据权利要求4所述的Ni-Cr基高温合金，其特征在于，所述杂质为：以占所述高温合金材料重量百分比计，Fe小于2.00％、P小于0.010％、S小于0.010％、B小于0.020％、Ce小于0.020％、Cu小于0.10％、Si小于0.30％、Mn小于0.20％、Mg小于0.005％。
6.权利要求1-5任意一项所述的Ni-Cr基高温合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、取所需元素于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1500～1520℃，在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，溶液浇注成自耗电极；
步骤B、将步骤A浇注成的自耗电极于真空自耗炉中重熔精炼，重熔成电渣锭；
步骤C、将步骤B的电渣锭加热锻造制成钢棒；
步骤D、将步骤C的钢棒锻后空冷至室温；
步骤E、将步骤D的钢棒表面处理，对钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B中重熔精炼的操作条件如下：
1)真空度：冷态真空度＜0.13Pa；
2)电力制度：其电压为23V±1V，电流为5000±200A。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C具体操作为：将钢棒加热至1000～1020℃，保温2～4小时后升温至1170～1190℃保温20～30小时出炉包套，回炉再烧1～2小时后开始锻造。
9.Ni-Cr基高温合金的力学性能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取通过上述Ni-Cr基高温合金的制备方法制备得到的钢棒为试样；
(2)试样热处理，放置在温度为1210±10℃环境中，保温2.0h后进行空冷，再进行温度为1050±10℃，保温4.0h后进行空冷，然后将试样放置在温度为800±10℃，保温16.0h后空冷；
(3)高温性能检测，将步骤(2)中热处理后的试样放置在温度为850℃环境，检测其抗拉强度Rm≥640Mpa、伸长率A≥6.0％、断面收缩率Z≥9.0％；温度为850℃、应力为265Mpa，其持久断裂时间≥50h。
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