一種鎳基高溫合金及其制造方法與流程

本發明屬于高溫合金技術領域，具體涉及一種鎳基高溫合金。

背景技術：

鎳基高溫合金是以鎳為基體(含量一般大于50％)在650～1000℃范圍內具有較高的強度和良好的抗氧化、抗燃氣腐蝕能力的高溫合金。鎳基合金在中、高溫度下具有優異綜合性能，適合長時間在高溫下工作，主要用于航空航天領域950℃～1050℃下工作的結構部件，如航空發動機的渦輪葉片、導向葉片、渦輪盤和燃燒室等。

中國201210305881.9公開了一種鎳基高溫合金，所述高溫合金以重量百分數計由下列組份組成：Cr 22.5-24.5％，Co 7.0-8.0％，W 6.5-7.5％，Mo 3.0-4.0％，Al 1.2-1.8％，Ti 1.5-2.5％，Nb 2.0-3.0％，Mn 1.0-2.0％，Fe 2.0-4.0％，B 0.02-0.08％，Ce 0.5-1.5％，C≤0.1％，Si≤0.2％，P≤0.008％，S≤0.008％，Ni余量。

隨著技術的發展，對鎳基高溫合金提出了越來越高的要求，傳統的合金及相應的替代合金已不能滿足科技進步的需求，因此，需要發展組織穩定性高、能抗氧化、抗燃氣腐蝕且具有良好的高溫機械強度和保持表面性能不下降的能力的高溫合金材料。

技術實現要素：

本發明的目的提供一種鎳基高溫合金及其制造方法，

為此，本發明采用的技術方案為，一種鎳基高溫合金，其特征在于，包括如下重量百分比的組分：C 0.06～0.15％，Si 0.25～0.55％，Mn 0.40～0.95％，Fe 0.05～3.00％，Co 1.0～5.0％，Al 0.05～0.50％，Ti 0.01～0.09％，Cr 20～24％，Nb 0.01～0.40％，Mo 0.90～3.0％，W 12.0～15.0％，Re 0.10～1.0％，B 0.001～0.009％，Ce 0.8～2.0％，Ru 0.8～1.8％，Hf 0.3～3.0％，Ta 2.0～5.0％，V 0.05～0.35％，余量為鎳和不可避免的雜質。

進一步地，其特征在于，包括如下重量百分比的組分：C 0.08～0.13％，Si 0.30～0.50％，Mn 0.45～0.80％，Fe 0.10～2.80％，Co 1.5～4.5％，Al 0.10～0.45％，Ti 0.03～0.08％，Cr 20.5～23.5％，Nb 0.05～0.40％，Mo 1.0～3.0％，W 12.5～14.0％，Re 0.15～1.0％，B 0.003～0.008％，Ce 0.9～1.8％，Ru 0.9～1.6％，Hf 0.5～2.5％，Ta 2.2～4.5％，V 0.08～0.3％，余量為鎳和不可避免的雜質。

進一步地，以所述鎳基高溫合金的重量計，所述不可避免的雜質為：S≤0.006％，P≤0.01％，[O]≤50ppm，[H]≤3ppm，N≤0.01％，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤200ppm。

進一步地，所述鎳基高溫合金包括以下步驟：

第一步，按一定的比例備料，原材料盡量選用S、P等雜質元素較低的原料；

第二步，通過真空感應熔煉并澆鑄成符合所述成分的合金塊。；

第三步，將合金進行三次均勻化處理，其中第一次均勻化的溫度為1000℃，時間為20小時，300℃以上的加熱和冷卻速度均為200℃/h，第二次均勻化的溫度為1200℃，時間為36小時，300℃以上的加熱和冷卻速度均為200℃/h，第三次均勻化的溫度為1300℃，時間為50小時，300℃以上的加熱和冷卻速度均為200℃/h；

第四步，高溫鍛造所述合金，其中高溫鍛造的溫度為1120-1190℃；

第五步，對所述合金進行固溶處理，其中固溶處理的溫度為1000℃，時間為1.5小時；

第六步，對所述合金進行保溫、冷卻，保溫方法為：在750℃下保溫7小時，以45℃/小時爐冷至600℃，保溫9小時，空冷。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

1)優化設計了Ni和W主要成分的加入量，使其含量達到相互協同，提高合金的高溫強度，促使固溶強化的效果達到協同，改善抗熱腐蝕性能。

2)添加了Ru，Re等元素，大幅度提高了合金的抗蠕變性能。

3)合金中加入Ti、B等細化晶粒的元素，提高合金的強度，所述發明的鎳基高溫合金在1000℃拉伸強度明顯提高，塑性明顯改善，抗熱腐蝕性能增強，高溫持久時間大幅增加。

4)所述發明的鎳基高溫合金相比現有技術的產品，組織穩定性明顯提高。

現有技術的高溫合金與本發明的高溫合金力學性能典型值對比如表1。

具體實施方式

為了更好地說明本發明的目的、技術方案和優點，下面將結合具體實施例對本發明做進一步描述。本發明可以許多不同的形式實施，而不應該被理解為限于在此闡述的實施例。相反，提供這些實施例，使得本公開將是*和完整的，并且將把本發明的構思充分傳達給本領域技術人員，本發明將僅由權利要求來限定。

實施例1

本實施例提供了一種鎳基高溫合金。該合金包括如下重量百分比的組分：C 0.10％，Si 0.35％，Mn 0.65％，Fe 0.22％，Co 1.8％，Al 0.25％，Ti 0.05％，Cr 22.4％，Nb 0.20％，Mo 1.5％，W 13％，Re 0.30％，B 0.005％，Ce 1.1％，Ru 1.2％，Hf 0.8％，Ta 2.5％，V 0.15％，S 0.005％，P 0.007％，N 0.02％，余量為鎳和不可避免的雜質；

上述合金的制備方法包括如下步驟：

第一步，按一定比例選擇原料，所有的原材料盡可能選用低S、P原料；

第二步，通過真空感應熔煉并澆鑄成符合所述成分的合金塊。

第三步，將合金進行三次均勻化處理，其中第一次均勻化的溫度為1000℃，時間為20小時，300℃以上的加熱和冷卻速度均為200℃/h，第二次均勻化的溫度為1200℃，時間為36小時，300℃以上的加熱和冷卻速度均為200℃/h，第三次均勻化的溫度為1300℃，時間為50小時，300℃以上的加熱和冷卻速度均為200℃/h；

第四步，高溫鍛造所述合金，其中高溫鍛造的溫度為1120-1190℃；

第五步，對所述合金進行固溶處理，其中固溶處理的溫度為1000℃，時間為1.5小時；

第六步，對所述合金進行保溫、冷卻，保溫方法為：在750℃下保溫7小時，以45℃/小時爐冷至600℃，保溫9小時，空冷。

從試塊上取樣，進行室溫和1000℃的高溫拉伸，室溫時，其抗拉強度Rm為1190MPa，Rp0.2為1000MPa，延伸率為31％，1000℃，其抗拉強度Rm1110MPa，Rp0.2范圍為985MPa，延伸率的范圍為29％，進行1000℃，500MPa持久試驗的持久時間為95h。

實施例2

本實施例與實施例1的不同之處在于，其各物質的含量并不相同，具體而言，本實施例中，所述鎳基高溫合金包括如下重量百分比的組分：C 0.15％，Si 0.55％，Mn 0.95％，Fe3.00％，Co5.0％，Al 0.50％，Ti0.09％，Cr 24.0％，Nb0.40％，Mo 3.0％，W15.0％，Re1.0％，B 0.009％，Ce 2.0％，Ru 1.8％，Hf 3.0％，Ta 5.0％，V 0.35％，余量為鎳和不可避免的雜質。

從試塊上取樣，進行室溫和1000℃的高溫拉伸，室溫時，其抗拉強度Rm為1200MPa，Rp0.2為1010MPa，延伸率為31％，1000℃，其抗拉強度Rm1115MPa，Rp0.2范圍為988MPa，延伸率的范圍為29％，進行1000℃，500MPa持久試驗的持久時間為98h。

實施例3

本實施例與實施例1的不同之處在于，其各物質的含量并不相同，具體而言，本實施例中，所述鎳基高溫合金包括如下重量百分比的組分：C 0.08％，Si 0.30％，Mn 0.45％，Fe 0.10％，Co 1.5％，Al 0.10％，Ti 0.03％，Cr 20.5％，Nb 0.05％，Mo 1.0％，W 12.5％，Re 0.15％，B 0.003％，Ce 0.9％，Ru 0.9％，Hf 0.5％，Ta 2.2％，V 0.08％，余量為鎳和不可避免的雜質。

從試塊上取樣，進行室溫和1000℃的高溫拉伸，室溫時，其抗拉強度Rm為1189MPa，Rp0.2為1001MPa，延伸率為31％，1000℃，其抗拉強度Rm1112MPa，Rp0.2范圍為987MPa，延伸率的范圍為29％，進行1000℃，500MPa持久試驗的持久時間為99h。

實施例4

本實施例與實施例1的不同之處在于，其各物質的含量并不相同，具體而言，本實施例中，所述鎳基高溫合金包括如下重量百分比的組分：C 0.13％，Si 0.50％，Mn0.80％，Fe 2.80％，Co4.5％，Al 0.45％，Ti 0.08％，Cr 23.5％，Nb0.40％，Mo3.0％，W14.0％，Re 1.0％，B 0.008％，Ce 1.8％，Ru 1.6％，Hf 2.5％，Ta 4.5％，V 0.3％，余量為鎳和不可避免的雜質。

從試塊上取樣，進行室溫和1000℃的高溫拉伸，室溫時，其抗拉強度Rm為1210MPa，Rp0.2為1015MPa，延伸率為33％，1000℃，其抗拉強度Rm1112MPa，Rp0.2范圍為983MPa，延伸率的范圍為29％，進行1000℃，500MPa持久試驗的持久時間為100h。

實施例5

本實施例與實施例1的不同之處在于，其各物質的含量并不相同，具體而言，本實施例中，所述鎳基高溫合金包括如下重量百分比的組分：C 0.06％，Si 0.25％，Mn 0.40％，Fe 0.05％，Co 1.0％，Al 0.05％，Ti 0.01％，Cr 20.0％，Nb 0.01％，Mo 0.90％，W 12.0％，Re 0.10％，B 0.001％，Ce 0.8％，Ru 0.8％，Hf 0.3％，Ta 2.0％，V 0.05％，余量為鎳和不可避免的雜質。

從試塊上取樣，進行室溫和1000℃的高溫拉伸，室溫時，其抗拉強度Rm為1215MPa，Rp0.2為1005MPa，延伸率為31％，1000℃，其抗拉強度Rm1108MPa，Rp0.2范圍為985MPa，延伸率的范圍為29％，進行1000℃，500MPa持久試驗的持久時間為103h。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明創造的保護范圍之中。