專利名稱：一種鎳基高溫合金的制備工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及合金領域，特別涉及一種鎳基高溫合金的制備工藝。
背景技術：
Inconel718合金是由美國國際鎳公司休斯頓分公司研制成功，并于1959年公開，是一種以體心四方Ni3Nb U ”)和面心立方Ni3 (Al，Ti，Nb) (Y ’)析出強化的鎳-鉻-鐵基變形高溫合金。該合金在-253-650°C之間具有高的抗拉強度、屈服強度、持久強度和塑性，同時具有良好的抗腐蝕、抗輻照、熱加工及焊接性能。
在高溫合金整體精密鑄造技術高速發展的背景下，最初作為變形高溫合金發展起來的Inconel718合金自1965年起也開始以鑄造合金形式應用于航空航天產業，相應的鑄造合金牌號為Inconel718C。近年來，隨著適應大型鑄件生產的大型熱等靜壓(HIP)設備的發展，以及補焊和鑄后熱處理等工藝研究的深入，更復雜結構、更薄壁厚的大型Inconel718C結構鑄件制造工藝日趨成熟，已逐漸取代鍛件的焊接組合件，廣泛應用于各種航空發動機機匣和航天發動機的渦輪泵殼體等部件的制造領域。我國于1968年開始仿制Inconel718合金，國內牌號為GH4169。作為鑄造高溫合金Inconel718C的仿制型號，我國發展了 K4169合金，并已初步應用于航空發動機整體鑄造擴壓器機匣和承力環等部件中。盡管InConel718合金性能優異，但由于其主要強化相Y ”_Ni3Nb是亞穩定相，當溫度超過大約650°C時，Y”迅速長大粗化，并轉化成其穩定相S，導致合金強度和持久壽命迅速下降，因而該合金一般只允許在650°C下長期使用。燃燒室是航空發動機中的關鍵承熱部件。燃油霧化、油氣混合、點火和燃燒等過程都是在燃燒室內進行的。因此燃燒室是發動機各部件中溫度最高的區域，燃燒室內燃氣溫度高達1500°C -2000°C時，室壁合金承受的溫度可達800°C -900°C以上，局部處可達1100°C。因此，燃燒室所受的機械應力較小，但熱應力較大，對材料的要求主要有高溫抗氧化和抗燃氣腐蝕性能；足夠的強度；良好的冷熱疲勞性能；良好的工藝塑性(持久、彎曲性能)和焊接性能；以及合金在工作溫度下長期組織穩定。隨著技術的發展，對燃燒室室壁合金提出了越來越高的要求，傳統的Inconel718及相應的替代合金已不能滿足需求，因此，需要發展新的高溫合金材料。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明的目的之一在于提供一種鎳基高溫合金的制備工藝。為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案一種鎳基高溫合金的制備方工藝，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 I. 2-1. 8%, Ti
I.5-2. 5%, Nb 2. 0-3. 0%, Mn I. 0-2. 0%, Fe 2. 0-4. 0%, B O. 02-0. 08%, Ce O. 5-1. 5%,C ^ O. I%, Si ^O. 2%,P ^ O. 008%,S^ 0. 008%,Ni余量；所述制備工藝包括熔煉工藝和熱處理工藝，熔煉工藝為采用真空感應爐熔煉母合金，在液態金屬定向爐中進行定向凝固，制備定向柱晶合金，定向爐真空度約(1-5) X 10_4mmHg，澆注溫度約1580-1600°C，抽拉速度約4-8mm/min，溫度梯度約75_85°C /cm,液態錫溫度約250_350°C，熱處理工藝為將熔煉獲得的柱晶合金加熱到約1240-1260°C，保溫約3-5h，空冷至室溫；再加熱到約1150-1170°C，保溫約3-5h，空冷至室溫；再次加熱到約930-950°C，保溫約8_12h，空冷至室溫。本發明的方法具有如下有益效果(I)優化設計了 Co、Mo和W的加入量，使其含量達到相互協同，提高合金的高溫強度和持久強度，優化設計了 Cr、Ti和Nb的含量，使其固溶強化的效果達到協同，并改善抗熱腐蝕性能，加入適量的Ce用于脫氧和/或脫硫，而另一部分溶入固溶體基體，并偏聚于晶界，起強化晶界作用。(2)根據所設計的合金成分，調整液態金屬冷卻的定向凝固工藝參數，不但消除了有害的橫向晶界，而且使組織更加細化、均勻，平行性更好。 (3)根據所設計的合金成分，優化了熱處理制度進行熱處理，使所發明的合金綜合性能優異。(4)本發明制備的鎳基高溫合金拉伸強度比Inconel718提高25_35%，塑性明顯改善，抗熱腐蝕性能增強，在同一應力條件下，持久溫度大幅度提高，適于制作950-1100°C使用的零件，如航空發動機葉片等等。
具體實施例方式下面結合實施例描述本發明，所給實施例只是為了使技術人員更容易的理解和實現本發明，并不意味著限制本發明的范圍，其中實施例一和二為優選實施例，實施例三為最優選的實施例。實施例一一種鎳基高溫合金的制備方工藝，所述高溫合金以重量百分數計由下列組份組成Cr 22. 5%, Co 8. 0%, W 6. 5%, Mo 4. 0%, Al I. 2%, Ti 2. 5%, Nb 2. 0%, Mn 2. 0%,Fe 2. 0%,B O. 08%, Ce O. 5%，C 彡 O. I%，Si 彡 O. 2%，P 彡 O. 008%，S 彡 O. 008%，Ni 余量；所述制備工藝包括熔煉工藝和熱處理工藝，熔煉工藝為采用真空感應爐熔煉母合金，在液態金屬定向爐中進行定向凝固，制備定向柱晶合金，定向爐真空度約I X 10_4mmHg,燒注溫度約1600°C，抽拉速度約4mm/min，溫度梯度約85°C /cm，液態錫溫度約250°C，熱處理工藝為將熔煉獲得的柱晶合金加熱到約1260°C，保溫約3h，空冷至室溫；再加熱到約1170°C，保溫約3h，空冷至室溫；再次加熱到約950°C，保溫約8h，空冷至室溫。實施例二一種鎳基高溫合金的制備方工藝，所述高溫合金以重量百分數計由下列組份組成Cr 24. 5%, Co 7. 0%, W 7. 5%, Mo 3. 0%, Al I. 8%, Ti I. 5%, Nb 3. 0%, Mn I. 0%,Fe 4. 0%,B O. 02%, Ce I. 5%，C 彡 O. I%，Si 彡 O. 2%，P 彡 O. 008%，S 彡 O. 008%，Ni 余量；所述制備工藝包括熔煉工藝和熱處理工藝，熔煉工藝為采用真空感應爐熔煉母合金，在液態金屬定向爐中進行定向凝固，制備定向柱晶合金，定向爐真空度約5X 10_4mmHg,燒注溫度約1580°C，抽拉速度約8mm/min，溫度梯度約75°C /cm，液態錫溫度約350°C，熱處理工藝為將熔煉獲得的柱晶合金加熱到約1240°C，保溫約5h，空冷至室溫；再加熱到約1150°C，保溫約5h，空冷至室溫；再次加熱到約930°C，保溫約12h，空冷至室溫。實施例三一種鎳基高溫合金的制備方工藝，所述高溫合金以重量百分數計由下列組份組成Cr 23. 5%, Co 7. 5%, W 7. 0%, Mo 3. 5%, Al I. 5%, Ti 2. 0%, Nb 2. 5%, Mn I. 5%,Fe 3. 0%,B O. 02-0. 08%, Ce I. 0%, C ^ O. I %, Si ^ O. 2%, P ^ O. 008%, S ^ O. 008%,Ni余量；所述制備工藝包括熔煉工藝和熱處理工藝，熔煉工藝為采用真空感應爐熔煉母合金，在液態金屬定向爐中進行定向凝固，制備定 向柱晶合金，定向爐真空度約3X 10_4mmHg,澆注溫度約1590°C，抽拉速度約6mm/min，溫度梯度約80°C /cm，液態錫溫度約300°C，熱處理工藝為將熔煉獲得的柱晶合金加熱到約1250°C，保溫約4h，空冷至室溫；再加熱到約11600C，保溫約4h，空冷至室溫；再次加熱到約940°C，保溫約10h，空冷至室溫。申請人:聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程，但本發明并不局限于上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬技術領域的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。
權利要求
1.一種鎳基高溫合金的制備方工藝，其特征在于，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 %, Al1.2-1. 8%, Ti I. 5-2. 5%, Nb 2. 0-3. 0%, Mn I. 0-2. 0%, Fe 2. 0-4. 0%, B 0. 02-0. 08%,Ce 0. 5-1. 5 % , C ^ 0. I %, Si ^ 0. 2 %, P ^ 0. 008 %, S ^ 0. 008 %, Ni 余量；所述制備工藝包括熔煉工藝和熱處理工藝，熔煉工藝為采用真空感應爐熔煉母合金，在液態金屬定向爐中進行定向凝固，制備定向柱晶合金，定向爐真空度約(1-5) X 10_4mmHg,燒注溫度約1580-1600°C，抽拉速度約4-8mm/min，溫度梯度約75_85°C /cm，液態錫溫度約250_350°C，熱處理工藝為將熔煉獲得的柱晶合金加熱到約1240-1260°C，保溫約3-5h，空冷至室溫；再加熱到約1150-1170°C，保溫約3-5h，空冷至室溫；再次加熱到約930-950°C，保溫約8-12h，空冷至室溫。
2.如權利要求I所述的一種鎳基高溫合金的制備方工藝，其特征在于，所述高溫合金以重量百分數計由下列組份組成Cr 23. 5%, Co 7.5%,W 7.0%,Mo 3. 5%, Al I. 5%, Ti2.0%,Nb 2. 5%,Mn I. 5%,Fe 3. 0%,B 0. 02-0. 08%, Ce I. 0%,C ^ 0. l%,Si ^ 0. 2%,P ^ 0. 008%, S ^ 0. 008%, Ni余量；所述制備工藝包括熔煉工藝和熱處理工藝，熔煉工藝為采用真空感應爐熔煉母合金，在液態金屬定向爐中進行定向凝固，制備定向柱晶合金，定向爐真空度約3X10_4mmHg，澆注溫度約1590°C，抽拉速度約6mm/min，溫度梯度約80°C /cm，液態錫溫度約300°C，熱處理工藝為將熔煉獲得的柱晶合金加熱到約1250°C，保溫約4h，空冷至室溫；再加熱到約1160°C，保溫約4h，空冷至室溫；再次加熱到約940°C，保溫約10h，空冷至室溫。
全文摘要
本發明公開了一種鎳基高溫合金的制備方工藝，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；所述制備工藝包括熔煉工藝和熱處理工藝，熔煉工藝為采用真空感應爐熔煉母合金，在液態金屬定向爐中進行定向凝固，制備定向柱晶合金，定向爐真空度約(1-5)×10-4mmHg，澆注溫度約1580-1600℃，抽拉速度約4-8mm/min，溫度梯度約75-85℃/cm，液態錫溫度約250-350℃，熱處理工藝為將熔煉獲得的柱晶合金加熱到約1240-1260℃，保溫約3-5h，空冷至室溫；再加熱到約1150-1170℃，保溫約3-5h，空冷至室溫；再次加熱到約930-950℃，保溫約8-12h，空冷至室溫。
文檔編號C22C19/05GK102808113SQ20121030587
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月24日 優先權日2012年8月24日
發明者葉綠均 申請人:葉綠均