稳定性好、抗氧化的镍基高温合金及其制备方法和应用与流程

本发明属于高温合金，具体涉及一种稳定性好、抗氧化的镍基高温合金及其制备方法和应用。

背景技术：

1、镍基高温合金是以镍为基体并添加其它合金元素的一种高温合金，具有较高的强度、较好的抗氧化性能和耐腐蚀性能。但随着航空发动机和燃气轮机的发展，涡轮叶片的疲劳失效问题日益显著，这对镍基高温合金的稳定性和抗氧化性提出了更高的要求。

2、目前先进的航空发动机及燃气轮机的热端部件，工作条件最高可达1300℃，应力作用复杂，对合金材料的要求苛刻，能够满足力学性能的合金又会存在稳定性不强、抗氧化能力不好的问题。国内外现有的高温合金中几乎没有能够完全满足力学性能好、稳定性强且抗氧化性好的合金。

3、因此，如何能够制得满足航空发动机及燃气轮机使用需求的高温合金得到了越来越广泛的关注。

技术实现思路

1、本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

2、先进航空发动机、燃气轮机等领域使用的高温合金期望在性能指标能够达到：室温下拉伸性能rm≥1150mpa，rp0.2≥900mpa，a≥7％；高温拉伸900℃rm≥850mpa，rp0.2≥650mpa，a≥8％，在980℃下3000h后无tcp相产生，同时具有良好的抗氧化性能，但是目前的高温合金无法同时具有良好的力学性能、稳定性和抗氧化性，因此，有必要对镍基高温合金做进一步研究改进。

3、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种稳定性好、抗氧化的镍基高温合金，这种稳定性好、抗氧化的镍基高温合金不仅具有优良的力学性能，还具有长时稳定性和抗氧化性，完全满足先进航空发动机和燃气轮机设计和使用的要求，适用于航空发动机和燃气轮机热端部件透平叶片等中长期服役的零部件。

4、本发明实施例的稳定性好、抗氧化性的镍基高温合金，包括：c：0.08～0.22％；cr：8.5～10.5％；co：9.5～11.5％；w：8.0～10.0％；mo：0.15～1.55％；ta：3.0～4.5％；al：4.0～5.5％；ti：0.3～2.0％；b：0.015～0.025％；hf：0.5～1.5％；zr：0.002～0.007％；sr：0.05～0.1％；ba：0.01～0.05％；mg：0.001～0.004％；si≤0.15％；mn≤0.05％；余量为ni和不可避免的杂质，以质量百分含量计。

5、本发明实施例的稳定性好、抗氧化性的镍基高温合金带来的优点和技术效果，1、本发明实施例中，在合金中添加的sr元素能够细化晶粒，并提高合金的抗氧化性能；2、本发明实施例中，在合金中添加的元素ba能够细化合金的铸态组织和合金晶粒，在含mg的镍基合金中添加ba，能够提高合金的室温拉伸强度和伸长率，实现了良好的强度和韧性的匹配，此外，ba元素能促进合金进一步脱氧脱硫，使合金纯净化；3、本发明实施例中，通过将各金属元素的用量控制在合理的范围内，不仅使合金具有优异的拉伸性能和持久寿命，还具有优良的抗氧化性能，能够应用于先进航空发动机和燃气轮机。

6、在一些实施例中，所述sr和ba满足关系式0.2<sr+12.5ba<0.6，其中，sr、ba为镍基高温合金中元素sr和ba的质量百分含量去除百分号后的数值。

7、在一些实施例中，所述sr和ba满足关系式0.31≤sr+12.5ba≤0.58。

8、在一些实施例中，所述cr、b和sr满足关系式5.5<cr-8.5b/sr<8.5，其中，cr、b和sr为镍基高温合金中元素cr、b和sr的质量百分含量去除百分号后的数值。

9、在一些实施例中，所述cr、b和sr满足关系式6.2≤cr-8.5b/sr≤7.8。

10、在一些实施例中，包括：c：0.09～0.21％；cr：8.6～10.3％；co：9.6～11.4％；w：8.1～9.8％；mo：0.35～1.52％；ta：3.1～4.4％；al：4.2～5.4％；ti：0.4～1.8％；b：0.018～0.024％；hf：0.7～1.4％；zr：0.003～0.006％；sr：0.05～0.09％；ba：0.01～0.04％；mg：0.002～0.004％；si≤0.02％；mn≤0.02％；余量为ni和不可避免的杂质，以质量百分含量计。

11、本发明实施例还提供了一种稳定性好、抗氧化的镍基高温合金在航空发动机的热端部件中的应用。

12、本发明实施例还提供了一种稳定性好、抗氧化的镍基高温合金在燃气轮机的热端部件中的应用。

13、本发明实施例还提供了一种稳定性好、抗氧化的镍基高温合金的制备方法，包括以下步骤：

14、(1)根据合金设计配比，将cr、co、w、mo、ta、b、hf、zr、mg、si、mn、ba、sr和部分c原料加入坩埚内，真空加热熔化，然后进行保温处理；

15、(2)所述步骤(1)中的保温处理结束后，将al、ti和剩余c原料加入所述坩埚中，通入氩气，真空加热熔化，浇铸得到镍基高温合金。

16、本发明实施例的稳定性好、抗氧化的镍基高温合金的制备方法带来的优点和技术效果，1、本发明实施例的方法，分步加入c元素，有利于去除合金中的气体，还能够提高合金的力学性能；2、本发明实施例的方法，制得的合金不仅具有优异的拉伸性能和持久寿命，而且还具优良的抗氧化性，能够满足先进航空发动机和燃气轮机设计和使用的要求。

17、在一些实施例中，所述步骤(1)中，所述部分c原料为c原料设计用量的10～20％。

技术特征：

1.一种稳定性好、抗氧化的镍基高温合金，其特征在于，包括：c：0.08～0.22％；cr：8.5～10.5％；co：9.5～11.5％；w：8.0～10.0％；mo：0.15～1.55％；ta：3.0～4.5％；al：4.0～5.5％；ti：0.3～2.0％；b：0.015～0.025％；hf：0.5～1.5％；zr：0.002～0.007％；sr：0.05～0.1％；ba：0.01～0.05％；mg：0.001～0.004％；si≤0.15％；mn≤0.05％；余量为ni和不可避免的杂质，以质量百分含量计。

2.根据权利要求1所述的稳定性好、抗氧化的镍基高温合金，其特征在于，所述sr和ba满足关系式0.2<sr+12.5ba<0.6，其中，sr、ba为镍基高温合金中元素sr和ba的质量百分含量去除百分号后的数值。

3.根据权利要求2所述的稳定性好、抗氧化的镍基高温合金，其特征在于，所述sr和ba满足关系式0.31≤sr+12.5ba≤0.58。

4.根据权利要求1所述的稳定性好、抗氧化的镍基高温合金，其特征在于，所述cr、b和sr满足关系式5.5<cr-8.5b/sr<8.5，其中，cr、b和sr为镍基高温合金中元素cr、b和sr的质量百分含量去除百分号后的数值。

5.根据权利要求4所述的稳定性好、抗氧化的镍基高温合金，其特征在于，所述cr、b和sr满足关系式6.2≤cr-8.5b/sr≤7.8。

6.根据权利要求1所述的稳定性好、抗氧化的镍基高温合金，其特征在于，包括：c：0.09～0.21％；cr：8.6～10.3％；co：9.6～11.4％；w：8.1～9.8％；mo：0.35～1.52％；ta：3.1～4.4％；al：4.2～5.4％；ti：0.4～1.8％；b：0.018～0.024％；hf：0.7～1.4％；zr：0.003～0.006％；sr：0.05～0.09％；ba：0.01～0.04％；mg：0.002～0.004％；si≤0.02％；mn≤0.02％；余量为ni和不可避免的杂质，以质量百分含量计。

7.权利要求1～6中任一项所述的稳定性好、抗氧化的镍基高温合金在航空发动机中的热端部件中的应用。

8.权利要求1～6中任一项所述的稳定性好、抗氧化的镍基高温合金在燃气轮机中的热端部件中的应用。

9.一种权利要求1～6中任一项所述的稳定性好、抗氧化的镍基高温合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9中所述的稳定性好、抗氧化的镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述部分c原料为c原料设计用量的10～20％。

技术总结
本发明属于高温合金技术领域，具体涉及一种稳定性好、抗氧化的镍基高温合金及其制备方法和应用。本发明公开的一种稳定性好、抗氧化的镍基高温合金，包括：C：0.08～0.22％；Cr：8.5～10.5％；Co：9.5～11.5％；W：8.0～10.0％；Mo：0.15～1.55％；Ta：3.0～4.5％；Al：4.0～5.5％；Ti：0.3～2.0％；B：0.015～0.025％；Hf：0.5～1.5％；Zr：0.002～0.007％；Sr：0.05～0.1％；Ba：0.01～0.05％；Mg：0.001～0.004％；Si≤0.15％；Mn≤0.05％；余量为Ni和不可避免的杂质，以质量百分含量计。

技术研发人员：束国刚,高杨,徐超,张志伟,余志勇,赵文倩,赵宇辰,降向冬,雷跃华,李占青,孙健,牛永吉,陆民刚,李振瑞
受保护的技术使用者：中国联合重型燃气轮机技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15