鎳基超合金及制品的制作方法

專利名稱：鎳基超合金及制品的制作方法
鎳基超合金及制品
發明背景
本發明公開涉及鎳基合金、基于所述合金的制品以及制備所述制品的方法。
燃氣渦輪發動機在極端環境中操作，發動機部件(特別是在渦輪區段中的那些) 暴露于高操作溫度和應力。為了使渦輪部件能承受這些條件，這些部件必須由能承受這些 苛刻條件的材料制造。由于其在高達90%的熔化溫度下將保持其強度，并具有優異的耐環 境性能，故超合金被應用于這些高要求的應用中。鎳基超合金特別廣泛地用在整個燃氣渦 輪發動機中，例如，在渦輪葉片、噴嘴和殼體應用中。但是，提高的燃氣渦輪發動機性能的設 計需要具有甚至更高溫度能力的合金。
單晶(SC)鎳基超合金可基于合金組成和性能相似性劃分為四代。第一代SC超合 金的限定特征是不存在成合金元素錸(Re)。依據加入約3%重量的Re將使抗蠕變斷裂能 力提高約50°)并伴有抗疲勞益處的發現，第二代SC超合金(如CMSX-4、PWA-1484 和均含約3%重量Re。總的來說，第三代超合金的特征在于包括約6%重量Re ；第 四代超合金含約6%重量Re以及成合金元素釕(Ru)。
目前，燃氣渦輪發動機由于其性能的平衡而主要使用第二代超合金。但是，雖然成 合金元素Re是這類超合金已知的最有效的固溶體強化劑；如果不排除，其成本以及其供應 短缺強烈促使在該合金中其用量最少。迄今為止，具有較低Re含量的已知的超合金組合物 不能提供具有至少3%重量的那些(S卩，第二代超合金)可得到的性能。并且，由于Re在強 化M基超合金方面如此有效，僅用其它元素替代Re通常不能提供具有否則可通過Re提供 的強度的合金，或者可能劣化耐環境性能，例如抗氧化性和抗腐蝕性。
因此，仍然需要鎳基超合金，該鎳基超合金表現出用于燃氣渦輪發動機的所有所 需性能，例如，蠕變和疲勞強度、在升高的溫度下的抗氧化性和抗腐蝕性，同時還使錸的使 用最小化或消除使用錸。期望所述超合金還表現出良好的鑄造能力，以便可適用于定向凝 固的單晶制品。由于較細小的PDAS通常得到較少的晶粒缺陷、多孔性以及更好的熱處理響 應，因此為了得到較好的機械特性，較細小的初級枝晶臂間距(PDAS)是優選的。
發明概述
本文提供了無錸的鎳基超合金。在一個實施方案中，提供了一種超合金，所述超合 金包含約4. 0 %重量至約10 %重量鈷忙0)、約4. 0 %重量至約10 %重量鉻(Cr)、約0. 5 %重 量至約2. 5 %重量鉬(Mo)、約5. 0 %重量至約10 %重量鎢(W)、約4. 0 %重量至約6. 5 %重量 鋁(Al)、約0%重量至約1. 0%重量鈦(Ti)、約5. 0%重量至約10. 0%重量鉭(Ta)、約0% 重量至約1. 5%重量鉿(Hf)、最高達約0. 重量碳(C)、最高達約0. 01%重量硼(B)、最高 達約0.1%重量釔(Y)，余量為鎳(Ni)和附帶雜質，并且其中鉭與鋁的比率為約1.M至約 2. 0，Al+0. 15Ta為約6. 0%重量至約8. 5%重量，Al+0. 15Hf為約5. 0%重量至約7. 0%重 量，并且Mo+0. 52W為約4. 2%重量至約6. 5%重量。
本文還提供了包含所述超合金的制品。在一個實施方案中，所述制品包含無錸的 鎳基合金，所述合金包含約4. 0%重量至約10%重量鈷(Co)、約4. 0%重量至約10%重量鉻 (Cr)、約0. 5%重量至約2. 5%重量鉬(Mo)、約5. 0%重量至約10%重量鎢(W)、約4. 0%重量至約6. 5%重量鋁(Al)、約0%重量至約1. 0%重量鈦(Ti)、約5. 0%重量至約10. 0%重 量鉭(Ta)、約0%重量至約1.5%重量鉿(Hf)、最高達約0. 重量碳(C)、最高達約0. 01 % 重量硼(B)、最高達約0. 重量釔(Y)，余量為鎳(Ni)和附帶雜質，其中鉭與鋁的比率為約 1. 24至約2. 0，Α1+0· 15Ta為約6. 0%重量至約8. 5%重量，Al+0. 15Hf為約5. 0%重量至約 7. 0%重量，Mo+0. 52W為約4. 2%重量至約6. 5%重量。
本文還提供了制造制品的方法。在一個實施方案中，所述方法包括在模具中鑄造 鎳基合金，并將鑄件凝固成制品內的初級枝晶臂間距小于約400 μ m的單晶或柱形結構。 所述鎳基超合金包含約4.0%重量至約10%重量鈷(Co)、約4.0%重量至約10%重量鉻 (Cr)、約0. 5%重量至約2. 5%重量鉬(Mo)、約5. 0%重量至約10%重量鎢(W)、約4. 0%重 量至約6. 5%重量鋁(Al)、約0%重量至約1. 0%重量鈦(Ti)、約5. 0%重量至約10. 0%重 量鉭(Ta)、約0%重量至約1.5%重量鉿(Hf)、最高達約0. 重量碳(C)、最高達約0. 01 % 重量硼(B)、最高達約0. 重量釔(Y)，余量為鎳(Ni)和附帶雜質，并且其中鉭與鋁的比率 為約1. 24至約2. 0，Α1+0· 15Ta為約6. 0%重量至約8. 5%重量，Al+0. 15Hf為約5. 0%重量 至約7. 0%重量，并且Mo+0. 52W為約4. 2%重量至約6. 5%重量。


當參考附圖閱讀以下詳細描述時，將更好地理解本發明的這些和其它特征、方面 和優點，其中在整個附圖中類似的字符代表類似的部件，其中
圖1為根據本文所述實施方案的幾種合金與常規鎳基合金Ren6N5和合金MC2+相 比，在2000° F/20ksi下的蠕變斷裂壽命圖示，所述合金MC2+為基于常規無錸的鎳基合金 MC2的改良合金(包含5%重量Co、8%重量Cr、2%重量Mo、8%重量、5%重量Al、l. 5%重 量Ti、6%重量Ta，余量為Ni和附帶雜質)，其中加入B、C和Hf ；
圖2為根據本文所述實施方案的幾種合金與常規鎳基合金Ren6N5和無錸的鎳基 合金MC2+相比，在1800° F/30ksi下的蠕變斷裂壽命圖示；并且
圖3為根據本文所述實施方案的幾種合金與常規鎳基合金Ren6N5和無錸的鎳基 合金MC2+相比，于2000° F下500次循環的循環氧化測試之后的重量變化圖示。
發明詳述
除非另外定義，本文使用的技術與科學術語具有與本發明所屬領域技術人員通常 理解的相同的含義。本文使用的術語“第一”、“第二”等不表示任何順序、量或重要性，而是 用于區分一個要素與另一個要素。同樣，術語”一”不表示量的限制，而是表示存在至少一 個提及的條目，并且除非另外指出，術語“前”、“后”、“下”和/或“上”僅用于方便描述，不 限于任一位置或者空間取向。如果公開了范圍，包括涉及相同部件或性能的所有范圍的各 端點并且可獨立組合(例如，范圍“最高達約25%重量，或者，更尤其是，“約5%重量至約 20%重量”包括各端點以及范圍“約5%重量至約25%重量”的所有中間值，等等)。修飾 語“約”與量結合使用時包括所述值，且具有上下文所述的含義(例如，包括與具體量的測 量相關的誤差度)。
提供了一種無錸的鎳基合金。更具體地講，提供了包含各種水平和組合的元素來 代替錸以節約成本的合金。然而，由所述合金形成的制品的加工方式使得包含枝晶結構，該 枝晶結構進一步含有細小初級枝晶臂間距，即，其中枝晶臂之間的標稱間距小于約400微米。結果是，所述合金可表現出基本上類似于或甚至高于含Re的合金所表現出那些的性 能，并且比起其它無錸的鎳基合金提高各種性能的平衡，所述合金包含相同或類似的元素 的組合。
更特別是，在2000° F和20ksi，或者1800° F和30ksi下，所公開的鎳基合金均 可表現出基本上等同于或好于常規含Re的合金如Ren6N5(3%重量Re)的蠕變斷裂壽命的 蠕變斷裂壽命。此外，所述鎳基合金可表現出基本上等同于常規含Re的合金所表現出的抗 氧化性，并且顯著好于一些無錸的合金如MC2+所表現出的。并且，在某些實施方案中，所提 供的鎳基合金表現出提高的相穩定性，具有最小或甚至無拓撲密排(TCP)相形成，使用無 錸的合金，提供與含Re的合金所提供的基本上類似的性能的能力，顯著節約了成本。
本文所述的無錸的鎳基合金包含本文所述的合金獨特的各種組合和濃度的元素 鉬、鎢、鋁、鈦、鉭和鉿。通過選擇這些元素的量的優選水平和比率，可得到類似于含錸的合 金所表現出的那些的所需的性能。
更特別是，在某些實施方案中，選擇某些元素組合的水平和比率，以提供或優化某 些所需的性能。例如，在一些實施方案中，根據關系式Al+0. 15Hf(%重量)，鋁和鉿的組 合％重量在約5%重量至約7%重量之間。Al和Hf的這種關系不僅可提供具有提高的抗氧 化性的合金，而且，可有助于避免形成不需要的不溶性共晶Y ‘ (gamma prime)相。
作為另一個實例，在一些實施方案中，根據關系式Al+0. 15Ta(%重量)，鋁和鉭的 組合％重量可期望為約6%重量至約8. 5%重量。在某些這些實施方案中，鉭與鋁的比率 (Ta/Al, %重量)還可優化例如至約1. 24至約2之間。Al+0. 15Ta(%重量)期望保持低 于8. 5，使得可基本上避免形成不溶性共晶γ'相。并且，這種比率的Ta/Al可有助于強化 Y ‘相。
在一些實施方案中，根據關系式Mo+0. 52W，鉬和鎢的組合％重量期望在約4. 2至 6.5之間。現已發現，通過這樣選擇Mo+0. 52W的水平，可增強合金的相的固溶體強度。 還發現，通過這樣選擇Mo+0. 52W的水平，例如，使得小于6. 5%重量用于本合金中，可基本 上避免析出拓撲密排(TCP)相和形成不溶性共晶Y ‘相。
各元素的一種或多種上述優選關系可用于所述合金的不同的實施方案，并且可使 用哪一種元素以及用量多少取決于合金中期望受影響的性能。
一般而言，本文所述的合金包含約4 %重量至約10 %重量Co，約4 %重量至約10 % 重量Cr，約0.5%重量至約2. 5%重量鉬(Mo)、約5.0%重量至約10%重量鎢(W)、約4.0% 重量至約6. 5%重量鋁(Al)、約0%重量至約1. 0%重量鈦(Ti)、約5. 0%重量至約10. 0% 重量鉭(Ta)和約0%重量至約1.5%重量鉿(Hf)、最高達約0. 重量碳(C)、最高達約 0.01%重量硼(B)、最高達約0. 重量釔(Y)，余量為鎳(Ni)和附帶雜質。
在一些實施方案中，鎳基合金的鉬含量可期望在約0. 5%重量至約2. 5%重量、或 約0. 7 %重量至約2. 1 %重量、或約1. 0 %重量至約2. 0 %重量之間。在其它實施方案中，合 金的鉬含量可期望在約0. 8%重量至約1. 8%重量之間。
在一些實施方案中，鎳基合金的鎢含量為約5%重量至約10%重量、或約6%重量 至約9. 5%重量、或約7至約9%重量。在其它實施方案中，鎳基合金的鎢含量為約6. 5%重 量至約8. 7%重量、或約6. 5%重量至約8. 5%重量。
在一些實施方案中，鎳基合金的鋁含量可為約4%重量至約6. 5%重量、或約4. 3%重量至約6. 2%重量、或約4. 8%重量至約5. 8%重量。在其它實施方案中，鎳基合金 的鋁含量可為約5%重量至約6. 2%重量、或約5%重量至約6%重量。
本發明的鎳基合金的一些實施方案可包含其量為約0%重量至約1.0%重量、或 約0%重量至約0. 8%重量、或約0%重量至約0. 5%重量的鈦。
在一些實施方案中，鉭可存在的量為5%重量至約10%重量、或約6. 5%重量至約 9. 5%重量、或約7. 5%重量至約8. 7%重量。在其它實施方案中，鉭可存在的量為約7%重 量至約8. 6%重量、或約7%重量至約8. 3%重量。
在某些實施方案中，鉿的用量可為約0%重量至約1. 5%重量、或約0. 25%重量至 約1. 5%重量、或約0. 5%重量至約1. 25%重量。在其它實施方案中，鉿的用量可為約0%重量至約0.5%重量。
除了上述元素以外，鎳基合金還可包含鈷和鉻。一般而言，鈷的加入量通常可為約 4. 0%重量至約10. 0%重量、或約4. 5%重量至約6%重量。在其它實施方案中，鈷的用量可 為約5%重量至約9. 5%重量、或約5%重量至約7%重量。
一般而言，可包含的鉻的量為約4%重量至約10%重量，在一些實施方案中，為約 6%重量至約8. 5%重量、或約6. 5%重量至約8. 0%重量。在其它實施方案中，鎳基合金的 鉻含量可為約6. 0%重量至約8. 0%重量、或約6. 0%重量至約7. 5%重量。
如果需要，碳(C)、硼(B)、釔⑴和其它稀土金屬也可包含在本發明的鎳基合金 中。
當使用碳時，其可用于本文所述的鎳基合金中的量通常可小于約0.5%重量。在一 些實施方案中，約0. 01%重量至約0. 5%重量量的碳可用于所述鎳基合金中。碳的示例性 用量為約0. 03%重量至約0. 49%重量。
在一些實施方案中，可存在于鎳基合金中的硼的量小于或等于鎳基合金的約 0. 重量。在一些實施方案中，在約0. 001%重量至約0. 09%重量之間量的硼可包含在鎳 基合金中。可用于鎳基合金中的硼的一個示例性量為約0. 004%重量至約0. 075%重量。
如果使用釔，其可存在的量為約0.01%重量至約0. 重量，并且示例性量為約 0. 03%重量至約0. 05%重量。
因此，例如，鎳基合金的一個實施方案可包含約4. 0%重量至約10%重量鈷(Co)、 約4. 0 %重量至約10 %重量鉻(Cr)、約0. 5 %重量至約2. 5 %重量鉬(Mo)、約5. 0 %重量 至約10%重量鎢(W)、約4. 0%重量至約6. 5%重量鋁(Al)、約0%重量至約1. 0%重量鈦 (Ti)、約5. 0%重量至約10. 0%重量鉭(Ta)、約0%重量至約1. 5%重量鉿(Hf)、最高達約 0. 重量碳(C)、最高達約0.01%重量硼(B)、最高達約0. 重量釔(Y)，余量為鎳(Ni) 和附帶雜質。在此類實施方案中，所述合金還可包含以下關系的元素Ta/Al為約1.M至 約2. 0 ；Al+0. 15Ta為約6. 0%重量至約8. 5%重量；Al+0. 15Hf為約5. 0%重量至約7. 0% 重量；并且Mo+0. 52W為約4. 2%重量至約6. 5%重量。
在這些實施方案中，所述鎳基合金可包含約4. 5 %重量至約6.0%重量鈷(Co)、約 6.0%重量至約8. 5%重量鉻(Cr)、約0. 7%重量至約2. 1 %重量鉬(Mo)、約6. 0%重量至約 9. 5%重量鎢(W)、約4. 3%重量至約6. 2%重量鋁(Al)、約0%重量至約0.8%重量鈦(Ti)、 約6. 5%重量至約9. 5%重量鉭(Ta)和約0. 25%重量至約1. 5%重量鉿(Hf)。
在甚至其它的此類實施方案中，所述鎳基合金可包含約6. 5%重量至約8. 0%重7量鉻(Cr)、約1.0%重量至約2.0%重量鉬(Mo)、約7.0%重量至約9%重量鎢(W)、約4. 8% 重量至約5. 8%重量鋁(Al)、約0%重量至約0. 5%重量鈦(Ti)、約7. 5%重量至約8. 7%重 量鉭(Ta)和約0. 5%重量至約1. 25%重量鉿(Hf)。
根據在段落W034]中所述的實施方案，鎳基合金還可包含約5.0%重量至約 9. 5%重量鈷(Co)、約6.0%重量至約8.0%重量鉻(Cr)、約0.8%重量至約1.8%重量鉬 (Mo)、約6. 5 %重量至約8. 7 %重量鎢(W)、約5. 0 %重量至約6. 2 %重量鋁(Al)、約7. 0 %重 量至約8. 6%重量鉭(Ta)和約0%重量至約0. 5%重量鉿(Hf)。
或者，在此類實施方案中，所述鎳基合金可包含約5.0%重量至約7.0%重量鈷 (Co)、約6. 0 %重量至約7.5%重量鉻(Cr)、約6. 5 %重量至約8.5%重量鎢(W)、約5. 0 %重 量至約6. 0%重量鋁(Al)和約7. 0%重量至約8. 3%重量鉭(Ta)。
所述鎳基合金可根據任何現有的方法進行加工，以形成燃氣渦輪發動機的部件， 包括但不限于粉末冶金法(例如，燒結、熱壓、熱等靜壓制、熱真空壓制等等)、鑄錠接著定 向凝固、熔模精密鑄造、鑄錠接著熱機械處理、近終形鑄造、化學蒸氣沉積、物理蒸氣沉積、 這些方法的組合等。
在由所述鎳基合金制造燃氣渦輪翼片的一種方式中，提供了單獨或混合物形式 的粉末、顆粒形式的所需部件，并加熱至足以熔融金屬部件的溫度，通常為約1350°C至約 1600°C。隨后將已熔融的金屬在鑄造法中倒入模具中，以產生所需的形狀。
如上所述，可使用任何鑄造方法，例如，鑄錠、熔模精密鑄造或者近終形鑄造。在其 中期望生產更復雜部件的實施方案中，已熔融的金屬可期望通過熔模精密鑄造法來鑄造， 熔模精密鑄造法通常可更適用于生產通過標準制造技術不能生產的部件，例如具有復雜形 狀的渦輪動葉或必須承受高溫的渦輪部件。在另一個實施方案中，可通過鑄錠法將已熔融 的金屬鑄造成渦輪部件。
可使用重力、壓力、惰性氣體或者真空條件進行鑄造。在一些實施方案中，在真空 中進行鑄造。
鑄造后，將模具中的熔體定向凝固。定向凝固通常產生單晶或者柱形結構，即，在 生長方向伸長的晶粒，因此，比起等軸鑄造，翼片的蠕變強度更高，且適用于一些實施方案。
在一些實施方案中，可將熔體在液體金屬(例如，熔融的錫)提供的溫度梯度中定 向凝固。比起使用輻射冷卻的常規定向凝固方法，液體金屬冷卻方法產生更大的溫度梯度， 并且提供較細小的枝晶臂間距。較細小的枝晶臂間距又可有益于合金的機械特性以及降低 該合金內的分離。
包含所述鎳基合金的鑄件隨后可通常經受不同的熱處理，以便優化強度以及提高 抗蠕變性。在一些實施方案中，期望將鑄件在固相線和Y'溶線溫度之間的溫度下固溶熱 處理。固相線為在加熱過程中合金開始熔融時的溫度或者在冷卻過程中由液體相開始至凝 固完成的溫度。Y ‘溶線為在加熱過程中Y ‘相完全溶解成為Y基質相時的溫度或者在 冷卻過程中在Y基質相中開始析出時的溫度。此類熱處理通常降低分離的存在。在固溶 熱處理后，在低于Y ‘溶線溫度下熱處理合金以形成Y ‘析出物。
因此，可將本文所述的鎳基合金加工成各種用于大燃氣渦輪發動機的翼片。由于 在合金中選擇優選水平和比率的元素，因此合金以及由所述合金制備的制品和燃氣渦輪發 動機部件表現出提高的高溫強度以及提高的抗氧化性。此外，在一些實施方案中，可使用高8梯度鑄造來提供細小的枝晶臂間距，使得可看到進一步提高機械特性。適宜由本文所述的 合金形成的部件或制品的實例包括但不限于動葉(或葉片)、非旋轉噴嘴(或靜葉)、殼體、 燃燒器，等等。認為在由本文所述的合金形成中，發現特別益處的部件/制品包括噴嘴和動 葉。
以下實施例，是示例性和非限制性的，舉例說明制造鎳基合金的各種實施方案中 的一些的組合物和方法。
實施例1
采用該實施例來證明與包含錸的常規鎳基合金Ren6N5和改良無錸的鎳基合金 MC2+相比，由根據本文所述實施方案且不含錸的鎳基合金可見性能提高，所述MC2+基于 皿〇2(包含5%重量(0、8%重量0、2%重量]\10、8%重量、5%重量41、1. 5%重量Ti、6%重量 Ta，余量為Ni和附帶雜質)，其中將碳、硼和鉿加入到起始組合物中。具有對比組成的樣品 以及根據本文所述的本發明的實施方案的那些見下表1所示。
表 1
組成(％重量)
權利要求
1.一種無錸的鎳基合金，所述合金包含約4. 0%重量至約10%重量鈷(Co)、約4. 0%重 量至約10%重量鉻(Cr)、約0. 5%重量至約2. 5%重量鉬(Mo)、約5. 0%重量至約10%重量 鎢(W)、約4.0%重量至約6. 5%重量鋁(Al)、約0%重量至約1.0%重量鈦(Ti)、約5.0%重 量至約10.0%重量鉭(Ta)、約0%重量至約1.5%重量鉿(Hf)、最高達約0. 重量碳(C)、 最高達約0.01%重量硼(B)、最高達約0.1%重量釔(Y)，余量為鎳(Ni)和附帶雜質，并且 其中Ta/Al 為約 1. 24 至約 2. 0 ；Al+0. 15Ta為約6. 0%重量至約8. 5%重量；Al+0. 15Hf為約5. 0%重量至約7. 0%重量；并且Mo+0. 52W為約4. 2%重量至約6. 5%重量。
2.權利要求1的鎳基合金，所述合金包含約4.5%重量至約6.0%重量鈷(Co)、約 6.0%重量至約8. 5%重量鉻(Cr)、約0. 7%重量至約2. 1 %重量鉬(Mo)、約6. 0%重量至約 9. 5%重量鎢(W)、約4. 3%重量至約6. 2%重量鋁(Al)、約0%重量至約0.8%重量鈦(Ti)、 約6. 5%重量至約9. 5%重量鉭(Ta)和約0. 25%重量至約1. 5%重量鉿(Hf)。
3.權利要求1的鎳基合金，所述合金包含約5.0%重量至約9.5%重量鈷(Co)、約 6.0%重量至約8.0%重量鉻(Cr)、約0.8%重量至約1.8%重量鉬(Mo)、約6. 5%重量至 約8. 7%重量鎢(W)、約5. 0%重量至約6. 2%重量鋁(Al)、約7. 0%重量至約8. 6%重量鉭 (Ta)和約0%重量至約0. 5%重量鉿(Hf)。
4.一種制品，所述制品包含無錸的鎳基合金，所述合金包含約4.0%重量至約10% 重量鈷(Co)、約4. 0 %重量至約10 %重量鉻(Cr)、約0. 5 %重量至約2. 5 %重量鉬(Mo)、 約5. 0%重量至約10%重量鎢(W)、約4. 0%重量至約6. 5%重量鋁(Al)、約0%重量至約 1.0%重量鈦(Ti)、約5.0%重量至約10.0%重量鉭(Ta)、約0%重量至約1.5%重量鉿 (Hf)、最高達約0. 重量碳(C)、最高達約0. 01%重量硼(B)、最高達約0. 重量釔(Y)， 余量為鎳(Ni)和附帶雜質，其中Ta/Al 為約 1. 24 至約 2. 0 ；Al+0. 15Ta為約6. 0%重量至約8. 5%重量；Al+0. 15Hf為約5. 0%重量至約7. 0%重量；Mo+0. 52W為約4. 2%重量至約6. 5%重量。
5.權利要求4的制品，其中所述鎳基合金包含約6.5%重量至約8.0%重量鉻(Cr)、 約1. 0%重量至約2. 0%重量鉬(Mo)、約7. 0%重量至約9%重量鎢(W)、約4. 8%重量至約 5. 8%重量鋁(Al)、約0%重量至約0.5%重量鈦(Ti)、約7. 5%重量至約8. 7%重量鉭(Ta) 和約0. 5%重量至約1. 25%重量鉿(Hf)。
6.權利要求4的制品，其中所述鎳基合金包含約5.0%重量至約9.5%重量鈷(Co)、約 6.0%重量至約8.0%重量鉻(Cr)、約0.8%重量至約1.8%重量鉬(Mo)、約6. 5 %重量至 約8. 7%重量鎢(W)、約5. 0%重量至約6. 2%重量鋁(Al)、約7. 0%重量至約8. 6%重量鉭 (Ta)和約0%重量至約0. 5%重量鉿(Hf)。
7.權利要求4的制品，其中所述合金包含枝晶結構，所述枝晶結構包含標稱間距小于 約400微米的初級枝晶臂。
8.權利要求4的制品，其中所述合金包含定向凝固單晶。
9.權利要求4的制品，其中所述制品為燃氣渦輪組件的部件，包括葉片、靜葉、殼體或 燃燒器部件。
10.一種制造制品的方法，所述方法包括在模具中鑄造無錸的鎳基合金，所述合金包含 約4. 0%重量至約10%重量鈷(Co)、約4. 0%重量至約10%重量鉻(Cr)、約0. 5%重量至 約2. 5%重量鉬(Mo)、約5. 0%重量至約10%重量鎢(W)、約4. 0%重量至約6. 5%重量鋁 (Al)、約0%重量至約1. 0%重量鈦(Ti)、約5. 0%重量至約10. 0%重量鉭(Ta)、約0%重量 至約1. 5%重量鉿(Hf)、最高達約0. 重量碳(C)、最高達約0. 01%重量硼⑶、最高達約 0. 重量釔(Y)，余量為鎳(Ni)和附帶雜質，其中Ta/Al 為約 1. 24 至約 2. 0 ；Al+0. 15Ta為約6. 0%重量至約8. 5%重量；Al+0. 15Hf為約5. 0%重量至約7. 0%重量；Mo+0. 52W為約4. 2%重量至約6. 5%重量；并且其中將所述制品鑄造和定向凝固成單 晶形式或者柱形結構，使得制品內的初級枝晶臂間距小于約400 μ m。
全文摘要
本發明提供了無錸的鎳基合金。更具體地講，所述合金包含優選水平和比率的元素，以便未使用錸，γ基質相和γ′析出物均獲得良好的高溫強度以及良好的耐環境性能。當鑄造和定向凝固成單晶形式時，所述合金表現出基本上等同于或者好于含錸的單晶合金的抗蠕變性和抗氧化性。此外，如果需要，可將所述合金通過定向凝固加工成單晶或柱形結構形式的制品，其含有細小枝晶臂間距，例如，小于400μm，使得可發現進一步提高制品的機械特性。
文檔編號C22C19/05GK102031418SQ20101050352
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月28日 優先權日2009年9月30日
發明者A·蘇祖基, M·F·X·小吉格利奧蒂, P·R·蘇布拉馬尼安, S-C·黃 申請人:通用電氣公司