专利名称：一种含钼的Ni的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高温合金材料，更特别地说，是指一种含钼的Ni3Al基单晶高温合金材料及其制备方法。
背景技术：
Ni3Al是一种金属间化合物，具有作为高温材料的一系列优点，如延展性好，高温强度高，抗氧化性好等。
Mo在高温合金中被用作固溶强化元素。Mo不但是γ相的有效强化元素，也是强化γ′相的重要合金化元素。与W、Ta、Nb和Hf等其它难熔元素相比，Mo在γ相和γ′相中都具有较高的固溶度。
目前，应用于高性能燃气涡轮发动机的高温合金材料中均不同程度地添加了钨W、铼Re、钌Ru以及钽Ta等高熔点金属，而使其密度较高，同时Re、Ta及Ru等是贵金属，也增加了合金制造成本，对于航空发动机的广泛应用不利。
发明内容
本发明的目的是提供一种含钼的Ni3Al基单晶高温合金材料，该高温合金通过添加Mo元素，使Mo固溶于Ni3Al基体中，从而增大对位错运动的阻力达到强化合金的目的，并且由于Mo在高温下在Ni和Ni3Al中的扩散系数小，起到提高合金高温稳定性的作用。
本发明是一种含钼的Ni3Al基单晶高温合金材料，由Ni、Al和Mo元素组成，其化学式为Ni-7.3～8.5wt％Al-13.5～15wt％Mo。
本发明制备一种含钼的Ni3Al基单晶高温合金材料，有下列步骤A熔炼制棒材第一步，按重量份称取Ni、Al、Mo单质材料，先将Ni和Mo直接放入IS65V8型真空感应炉中，然后在合金化期加入Al；第二步，抽感应炉的真空度至1Pa以下；第三步，调节熔炼温度至1500±10℃，熔炼时间20～25min；
然后，加热炉内温度至1560±10℃，保温3～5min；然后，断电降温至1500±10℃，带电浇注制合金棒材；所述合金棒材随炉冷却10～20min后取出；B制单晶高温合金材料第四步，将上述第三步中制得的合金棒材放入ISP05DS/SC定向单晶生长炉内的氧化铝坩埚中；第五步，抽定向单晶生长炉的真空度至1.0～2.0×10-1Pa；第六步，采用螺旋选晶法制Ni3Al基单晶高温合金，调节单晶炉内温度至1550±10℃；使熔融的金属液自动从氧化铝坩锅中流入模壳中，同时使水冷铜板与模壳及金属液以3～5mm/min的速度向下移动拉晶；拉晶结束后，随炉冷却5～10min后取出，即制得含Mo的Ni3Al基单晶高温合金。
本发明含钼的Ni3Al基单晶高温合金材料的优点在于(1)提供了一种密度较低的单晶高温合金，其密度只有7.8～7.9g/cm3，可以满足航空发动机低密度、高推重比的要求；(2)由于没有添加Re、Ta及Ru等贵金属元素，显著降低了合金制造成本；(3)在高温、高应力条件下，具有良好的高温持久强度和塑性，其在1100℃/130Mpa条件下的高温持久性能可达到239:35小时。
图1是本发明高温合金材料在不同Al含量的高温持久性能曲线图。
具体实施例方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种含钼的Ni3Al基单晶高温合金材料，由Ni、Al和Mo元素组成，其化学式为Ni-7.3～8.5wt％Al-13.5～15wt％Mo。
制备一种含钼的Ni3Al基单晶高温合金材料，有下列步骤A熔炼制棒材第一步，按重量份称取Ni、Al、Mo单质材料，先将Ni和Mo直接放入IS65V8型真空感应炉中，然后在合金化期加入Al；第二步，抽感应炉的真空度至1Pa以下；第三步，调节熔炼温度至1500±10℃，熔炼时间20～25min后；然后，加热炉内温度至1560±10℃，保温3～5min后；
然后，断电降温至1500±10℃，带电浇注制合金棒材；所述合金棒材随炉冷却10～20min后取出；B制单晶高温合金材料第四步，将上述第三步中制得的合金棒材放入ISP05DS/SC定向单晶生长炉内的氧化铝坩埚中；第五步，抽定向单晶生长炉的真空度至1.0～2.0×10-1Pa；第六步，采用螺旋选晶法制Ni3Al基单晶高温合金，调节单晶炉内温度至1550±10℃；使熔融的金属液自动从氧化铝坩锅中流入模壳中，同时使水冷铜板与模壳及金属液以3～5mm/min的速度向下移动拉晶；拉晶结束后，随炉冷却5～10min后取出，即制得含Mo的Ni3Al基单晶高温合金。
实施例1制Ni-7.6wt％Al-14wt％Mo单晶高温合金A熔炼制棒材第一步，按重量份称取Ni、Al、Mo单质材料，先将Ni和Mo直接放入IS65V8型真空感应炉中，然后在合金化期加入Al；第二步，抽感应炉的真空度至0.75Pa以下；第三步，调节熔炼温度至1500℃，熔炼时间25min后；然后，加热炉内温度至1558℃，保温4min后；然后，断电降温至1500℃，带电浇注制合金棒材；所述合金棒材随炉冷却12min后取出；B制单晶高温合金材料第四步，将上述第三步中制得的合金棒材放入ISP05DS/SC定向单晶生长炉内的氧化铝坩埚中；第五步，抽定向单晶生长炉的真空度至0.13Pa；第六步，采用螺旋选晶法制Ni3Al基单晶高温合金，调节单晶炉内温度至1550℃；使熔融的金属液自动从氧化铝坩锅中流入模壳(选取的模壳直径为15mm)中，同时使水冷铜板与模壳及金属液以4mm/min的速度向下移动拉晶；拉晶结束后，随炉冷却8min后取出，即制得含Mo的Ni3Al基单晶高温合金。
采用线切割法，将上述方法制得的含Mo的Ni3Al基单晶高温合金截取直径d＝15mm、长L＝100mm，测得密度为7.80g/cm3。并加工高温持久试样，试样的工作部位尺寸为Φ5×25mm，采用设备型号为MП-3Γ的固定载荷蠕变试验机，在1100℃、130Mpa测试条件下测得铸态Ni3Al基单晶结构材料高温持久性能为203:40小时，其延伸率为9.40％，断面收缩率为22.52％。
制备多个本发明的高温合金材料，请见表一所示，表中在不同材料组份、不同工艺条件下制得的含Mo的Ni3Al基单晶高温合金材料。从表中可以看出，随着Al含量从7.3wt％增加到8.5wt％，Ni3Al基单晶高温合金的高温持久性能出现了先增加后减少的现象(参见图1所示)。
由于本发明含钼的Ni3Al基单晶高温合金材料的组织由单晶组成，因此消除了Ni3Al基等轴合金和定向凝固合金中存在的晶界，避免了晶界对合金高温力学性能的不利影响，可以大幅度提高Ni3Al基合金的高温力学性能。
本发明单晶高温合金材料采用高钼含量高性能低成本Ni3Al基单晶高温结构材料不仅可以发挥其优良的高温力学性能、良好的抗疲劳性和大的比强度的优点，同时还可以大幅度减轻航空发动机的重量、提高发动机的推重比以及有效降低发动机的制造成本。目前，这种高钼含量Ni3Al基单晶高温结构材料的高温持久性能已经达到了第二代单晶高温合金的水平，但成本与密度比后者显著降低。因此，高钼含量Ni3Al基单晶高温结构材料可以进一步满足航空燃气涡轮机向高流量比、高推重比、低成本方向发展的要求。
表一不同材料组份、不同工艺条件下制得的含Mo的Ni3Al基单晶高温合金材料及其性能
权利要求
1.一种含钼的Ni3Al基单晶高温合金材料，其特征在于化学式为Ni-7.3～8.5wt％Al-13.5～15wt％Mo。
2.根据权利要求1所述的含钼的Ni3Al基单晶高温合金材料，其特征在于化学式为Ni-7.8wt％Al-15wt％Mo。
3.根据权利要求1所述的含钼的Ni3Al基单晶高温合金材料，其特征在于化学式为Ni-7.6wt％Al-13.8wt％Mo。
4.根据权利要求1所述的含钼的Ni3Al基单晶高温合金材料，其特征在于化学式为Ni-8.0wt％Al-14wt％Mo。
5.根据权利要求1所述的含钼的Ni3Al基单晶高温合金材料，其特征在于密度为7.8～7.9g/cm3，高温持久寿命126～239小时，延伸率5～15％，断面收缩率20～40％。
6.制备权利要求1所述的含钼的Ni3Al基单晶高温合金材料的方法，其特征在于有下列步骤A熔炼制棒材第一步，按重量份称取Ni、Al、Mo单质材料，先将Ni和Mo直接放入真空感应炉中，然后在合金化期加入Al；第二步，抽感应炉的真空度至1Pa以下；第三步，调节熔炼温度至1500±10℃，熔炼时间20～25min后；然后，加热炉内温度至1560±10℃，保温3～5min后；然后，断电降温至1500±10℃，带电浇注制合金棒材；所述合金棒材随炉冷却10～20min后取出；B制单晶高温合金材料第四步，将上述第三步中制得的合金棒材放入定向单晶生长炉内的氧化铝坩埚中；第五步，抽定向单晶生长炉的真空度至1.0～2.0×10-1Pa；第六步，采用螺旋选晶法制Ni3Al基单晶高温合金，调节单晶炉内温度至1550±10℃；使熔融的金属液自动从氧化铝坩锅中流入模壳中，同时使水冷铜板与模壳及金属液以3～5mm/min的速度向下移动拉晶；拉晶结束后，随炉冷却5～10min后取出，即制得含Mo的Ni3Al基单晶高温合金。
全文摘要
本发明公开了一种含钼的Ni
文档编号C22C1/03GK1916214SQ20061011309
公开日2007年2月21日 申请日期2006年9月11日 优先权日2006年9月11日
发明者李树索, 韩雅芳, 孔志刚 申请人:北京航空航天大学