Ni‑Cr‑Co基时效硬化型高温合金及其冶炼方法与流程

本发明涉高温合金材料，尤其涉及Ni-Cr-Co基时效硬化型高温合金材料及其冶炼方法。

背景技术：

Ni-Cr-Co基合金在800℃以下使用时，具有较高的屈服强度和较高的蠕变强度、良好的冷热疲劳性能、应变时效倾向性小的特点，并具有良好的工艺性能；主要用作FWS9发动机火焰稳定器、加强板、挡板、锁紧板、安装边、密封支撑、衬套、转接座、凸环、进油管、喷嘴堵头等部件，是FWS9发动机上用量最大的高温合金。而正因为其用量大，有必要研究一种满足性能要求但生产成本较低的Ni-Cr-Co基时效硬化型高温合金材料及其冶炼方法，从而能降低发动机生成成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新的Ni-Cr-Co基时效硬化型高温合金材料。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金，其原料按元素计具有如下组成：

C 0.041～0.07(wt％)

Cr 19.60～20.40(wt％)

Co 19.42～20.40(wt％)

Mo 5.70～6.06(wt％)

Al 0.33～0.58(wt％)

Ti 1.98～2.32(wt％)

余量是Ni及不可避免的杂质。

优选地，Al与Ti的总量范围为2.40～2.80(wt％)。

上述Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金，其原料按元素计优选如下组成：

C 0.05～0.07(wt％)

Cr 19.60～20.09(wt％)

Co 19.93～20.28(wt％)

Mo 5.76～6.03(wt％)

Al 0.33～0.58(wt％)

Ti 1.98～2.32(wt％)

余量是Ni及不可避免的杂质。

本发明所述杂质用元素量限定及其含量为：

Mn含量在0.60wt％以下，Si含量在0.40wt％以下，

P含量在0.015wt％以下，S含量在0.007wt％以下，

Cu含量在0.20wt％以下，Ag含量在0.0005wt％以下，

Bi含量在0.0001wt％以下，Pb含量在0.002wt％以下，

B含量在0.005wt％以下。

为了进一步提高上述Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金性能并控制成本，优选地，C含量为0.05～0.065％。C含量进一步优选为0.06～0.064％。

为了进一步提高上述Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金性能并控制成本，优选地，Cr含量为19.90～20.40(wt％)。Cr含量进一步优选为19.98～20.20(wt％)。

为了进一步提高上述Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金性能并控制成本，优选地，Al+Ti含量为2.45～2.68(wt％)。Al+Ti含量进一步优选为2.47～2.66(wt％)。

为了进一步提高上述Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金性能并控制成本，优选地，Mo含量与两倍Al含量以及四倍Ti含量的总和(Mo％+2(Al％)+4(Ti％))为14.5～15.8(wt％)。

上述Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金的冶炼方法，包括以下步骤：

(1)取所需元素物料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，控制杂质元素含量，溶液浇注成自耗电极；

(2)将自耗电极于L700P7型真空自耗炉中重熔精炼，降低杂质元素的含量，使其符合设计要求，重熔成自耗锭；重熔精炼的条件为：真空度小于5μ給电起弧，电压23V±2V，电流5500±200A；

(3)将钢锭加热锻造制成钢棒；锻造的条件为：将钢棒加热至1130±10℃保温2～4小时，开始锻造。

(4)钢棒锻后摊开空冷至室温；

(5)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，制得成品钢棒。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金力学性能优异，不仅完全达到设计要求，而且在780℃高温拉伸性能和蠕变性能方面表现更为优异，同时成本更低。本发明Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金的冶炼方法，原料容易取得，条件容易控制，产品质量更为稳定，合格率达到99.9％，极大降低了生产成本，与现有技术相比，大约降低了15-25％。

附图说明

图1为实施例1步骤(1)中真空感应熔炼参考电力曲线图；

图2为实施例1步骤(2)中406锭型真空自耗重熔电力曲线图；

图3为实施例1步骤(2)中508锭型真空自耗重熔电力曲线图；

图4为实施例1步骤(3)中φ406mm钢锭锻造加热曲线图；

图5为实施例1步骤(3)中φ508mm钢锭锻造加热曲线图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1 Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金及其冶炼方法

Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金，其原料按元素计具有如下组成：

C 0.042(wt％)

Cr 19.90(wt％)

Co 19.96(wt％)

Mo 5.93(wt％)

Al 0.44(wt％)

Ti 2.04(wt％)

余量是Ni及不可避免的杂质。

所述Ti为海绵Ti。

本例Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金的冶炼方法，包括步骤：

(1)取所需元素物料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，控制杂质元素含量，溶液浇注成自耗电极；物料的加入及真空感应熔炼参考电力曲线参考图1；

(2)将自耗电极于真空自耗炉中重熔精炼，降低杂质元素的含量，使其符合设计要求，重熔成自耗锭；重熔精炼的条件为：真空度小于5μ給电起弧，电压23V±2V，电流5500±200A；φ406mm：一支φ360mm电极重熔一炉；φ508mm：两支φ440mm电极重熔一炉；φ406锭型真空自耗重熔电力曲线参考图2，φ508锭型真空自耗重熔电力曲线参考图3；

(3)将钢锭加热锻造制成钢棒；锻造的条件为：将钢棒加热至1130±10℃保温2～4小时，开始锻造；锻造成品及开坯在2000t快锻上进行，开锻温度1000～1010℃，终锻温度900～910℃；钢锭加热在室式炉中进行，φ406mm钢锭锻造加热曲线参考图4，φ508mm钢锭锻造加热曲线参考图5；

(4)钢棒锻后摊开空冷至室温；

(5)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，制得成品钢棒。

在成品钢棒上取样检验力学性能，进行对应的力学性能试验，结果详见表1和表2。试样热处理步骤及工艺参数如下：

(1)固溶处理：1150±10℃，保温0.5h～1h，水冷；

(2)时效处理：800±10℃，保温8h，空冷。

本例-Co-Cr基时效硬化型高温合金力学性能优异，不仅完全达到设计要求，而且在780℃高温拉伸性能和蠕变性能方面表现更为优异，同时成本更低。本例Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金的冶炼方法，原料容易取得，条件容易控制，产品质量更为稳定，合格率达到99.9％，极大降低了生产成本，与现有技术相比，大约降低了15-25％。

在加工过程中，本例合金表现出良好的工艺性能。不管是在锻造中还是在轧制中，合金的变形均很好，没有出现边裂、角裂、内裂等现象，低倍组织致密无冶金缺陷。

本例冶炼的合金化学成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的规定，详见表3。

实施例2 Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金及其冶炼方法

Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金，其原料按元素计具有如下组成：

C 0.046(wt％)

Cr 19.94(wt％)

Co 20.10(wt％)

Mo 5.97(wt％)

Al 0.415(wt％)

Ti 2.19(wt％)

余量是Ni及不可避免的杂质。

本例冶炼方法参照实施例1。冶炼出的合金性能详见表1和表2。

本例-Co-Cr基时效硬化型高温合金力学性能优异，不仅完全达到设计要求，而且在780℃高温拉伸性能和蠕变性能方面表现更为优异，同时成本更低。本例Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金的冶炼方法，原料容易取得，条件容易控制，产品质量更为稳定，合格率达到99.9％，极大降低了生产成本，与现有技术相比，大约降低了15-25％。

在加工过程中，本例合金表现出良好的工艺性能。不管是在锻造中还是在轧制中，合金的变形均很好，没有出现边裂、角裂、内裂等现象，低倍组织致密无冶金缺陷。

本例冶炼的合金化学成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的规定，详见表3。

实施例3 Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金及其冶炼方法

Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金，其原料按元素计具有如下组成：

C 0.068(wt％)

Cr 19.92(wt％)

Co 19.93(wt％)

Mo 5.96(wt％)

Al 0.49(wt％)

Ti 2.16(wt％)

余量是Ni及不可避免的杂质。

本例冶炼方法参照实施例1。冶炼出的合金性能详见表1和表2。

本例-Co-Cr基时效硬化型高温合金力学性能优异，不仅完全达到设计要求，而且在780℃高温拉伸性能和蠕变性能方面表现更为优异，同时成本更低。本例Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金的冶炼方法，原料容易取得，条件容易控制，产品质量更为稳定，合格率达到99.9％，极大降低了生产成本，与现有技术相比，大约降低了15-25％。

在加工过程中，本例合金表现出良好的工艺性能。不管是在锻造中还是在轧制中，合金的变形均很好，没有出现边裂、角裂、内裂等现象，低倍组织致密无冶金缺陷。

本例冶炼的合金化学成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的规定，详见表3。

实施例4 Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金及其冶炼方法

Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金，其原料按元素计具有如下组成：

C 0.041(wt％)

Cr 19.86(wt％)

Co 20.07(wt％)

Mo 5.90(wt％)

Al 0.45(wt％)

Ti 2.18(wt％)

余量是Ni及不可避免的杂质。

本例冶炼方法参照实施例1。冶炼出的合金性能详见表1和表2。

本例-Co-Cr基时效硬化型高温合金力学性能优异，不仅完全达到设计要求，而且在780℃高温拉伸性能和蠕变性能方面表现更为优异，同时成本更低。本例Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金的冶炼方法，原料容易取得，条件容易控制，产品质量更为稳定，合格率达到99.9％，极大降低了生产成本，与现有技术相比，大约降低了15-25％。

在加工过程中，本例合金表现出良好的工艺性能。不管是在锻造中还是在轧制中，合金的变形均很好，没有出现边裂、角裂、内裂等现象，低倍组织致密无冶金缺陷。

本例冶炼的合金化学成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的规定，详见表3。

实施例1-4的Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金，经机械性能试验，结果表明其力学性能完全达到设计要求，试验结果如下：

表1：780℃高温拉伸性能

表2：蠕变性能

实施例5 Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金及其冶炼方法

Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金，其原料按元素计具有如下组成：

C 0.052(wt％)

Cr 19.83(wt％)

Co 20.11(wt％)

Mo 5.80(wt％)

Al 0.47(wt％)

Ti 2.13(wt％)

余量是Ni及不可避免的杂质。

本例冶炼方法参照实施例1。本例-Co-Cr基时效硬化型高温合金力学性能优异，不仅完全达到设计要求，而且在780℃高温拉伸性能和蠕变性能方面表现更为优异，同时成本更低。本例Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金的冶炼方法，原料容易取得，条件容易控制，产品质量更为稳定，合格率达到99.9％，极大降低了生产成本，与现有技术相比，大约降低了15-25％。

在加工过程中，本例合金表现出良好的工艺性能。不管是在锻造中还是在轧制中，合金的变形均很好，没有出现边裂、角裂、内裂等现象，低倍组织致密无冶金缺陷。

本例冶炼的合金化学成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的规定，详见表3。

实施例6 Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金及其冶炼方法

Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金，其原料按元素计具有如下组成：

C 0.060(wt％)

Cr 19.61(wt％)

Co 19.42(wt％)

Mo 5.76(wt％)

Al 0.40(wt％)

Ti 2.16(wt％)

余量是Ni及不可避免的杂质。

本例冶炼方法参照实施例1。本例-Co-Cr基时效硬化型高温合金力学性能优异，不仅完全达到设计要求，而且在780℃高温拉伸性能和蠕变性能方面表现更为优异，同时成本更低。本例Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金的冶炼方法，原料容易取得，条件容易控制，产品质量更为稳定，合格率达到99.9％，极大降低了生产成本，与现有技术相比，大约降低了15-25％。

在加工过程中，本例合金表现出良好的工艺性能。不管是在锻造中还是在轧制中，合金的变形均很好，没有出现边裂、角裂、内裂等现象，低倍组织致密无冶金缺陷。

本例冶炼的合金化学成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的规定，详见表3。

实施例7 Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金及其冶炼方法

Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金，其原料按元素计具有如下组成：

C 0.054(wt％)

Cr 19.66(wt％)

Co 20.17(wt％)

Mo 5.98(wt％)

Al 0.51(wt％)

Ti 2.15(wt％)

余量是Ni及不可避免的杂质。

本例冶炼方法参照实施例1。本例-Co-Cr基时效硬化型高温合金力学性能优异，不仅完全达到设计要求，而且在780℃高温拉伸性能和蠕变性能方面表现更为优异，同时成本更低。本例Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金的冶炼方法，原料容易取得，条件容易控制，产品质量更为稳定，合格率达到99.9％，极大降低了生产成本，与现有技术相比，大约降低了15-25％。

在加工过程中，本例合金表现出良好的工艺性能。不管是在锻造中还是在轧制中，合金的变形均很好，没有出现边裂、角裂、内裂等现象，低倍组织致密无冶金缺陷。

本例冶炼的合金化学成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的规定，详见表3。

实施例8 Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金及其冶炼方法

Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金，其原料按元素计具有如下组成：

C 0.049(wt％)

Cr 19.98(wt％)

Co 20.25(wt％)

Mo 5.99(wt％)

Al 0.55(wt％)

Ti 2.14(wt％)

余量是Ni及不可避免的杂质。

本例冶炼方法参照实施例1。本例-Co-Cr基时效硬化型高温合金力学性能优异，不仅完全达到设计要求，而且在780℃高温拉伸性能和蠕变性能方面表现更为优异，同时成本更低。本例Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金的冶炼方法，原料容易取得，条件容易控制，产品质量更为稳定，合格率达到99.9％，极大降低了生产成本，与现有技术相比，大约降低了15-25％。

在加工过程中，本例合金表现出良好的工艺性能。不管是在锻造中还是在轧制中，合金的变形均很好，没有出现边裂、角裂、内裂等现象，低倍组织致密无冶金缺陷。

本例冶炼的合金化学成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的规定，详见表3。

实施例9 Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金及其冶炼方法

Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金，其原料按元素计具有如下组成：

C 0.059(wt％)

Cr 20.09(wt％)

Co 20.28(wt％)

Mo 6.03(wt％)

Al 0.54(wt％)

Ti 2.23(wt％)

余量是Ni及不可避免的杂质。

本例冶炼方法参照实施例1。本例-Co-Cr基时效硬化型高温合金力学性能优异，不仅完全达到设计要求，而且在780℃高温拉伸性能和蠕变性能方面表现更为优异，同时成本更低。本例Ni-Co-Cr基时效硬化型高温合金的冶炼方法，原料容易取得，条件容易控制，产品质量更为稳定，合格率达到99.9％，极大降低了生产成本，与现有技术相比，大约降低了15-25％。

在加工过程中，本例合金表现出良好的工艺性能。不管是在锻造中还是在轧制中，合金的变形均很好，没有出现边裂、角裂、内裂等现象，低倍组织致密无冶金缺陷。

本例冶炼的合金化学成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的规定，详见表3。

实施例1-9冶炼的合金的化学成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的规定，详见下表3：

表3(wt％)