持久强度高且抗氧化性优良的第三代单晶高温合金及制备.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109576532A(43)申请公布日2019.04.05(21)申请号201811502704.3(22)申请日2018.12.10(71)申请人中国科学院金属研究所地址110015辽宁省沈阳市沈河区文化路72号(72)发明人刘金来周亦胄孟杰孙晓峰(74)专利代理机构沈阳晨创科技专利代理有限责任公司21001代理人张晨(51)Int.Cl.C22C19/05(2006.01)C22C1/02(2006.01)C22F1/10(2006.01)C30B29/52(2006.01)C30B11/00(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图6页(54)发明名称持久强度高且抗氧化性优良的第三代单晶高温合金及制备(57)摘要本发明提供了一种低成本、高强度且完全抗氧化的第三代单晶高温合金，主要适用于在1100℃以上使用的航空发动机的叶片材料。合金的化学成分为：Cr3～5％，Co5～12％，W6～8％，Mo0.1～2％，Re4.5～5.5％，Al5.5～6.5％，Ta6～10％，Nb0～0.6％，Hf0～0.2％，Y0～0.05％，C0～0.04％，其余为Ni。制备方法包括在单晶生长炉温度梯度范围40K/cm～80K/cm，浇注温度1500～1550℃，模壳温度与浇注温度保持一致，在生长速率为4～8mm/min范围内制备单晶叶片或试棒。之后，经固溶均匀化处理、高温时效处理和低温时效处理，使本发明合金具有高的持久强度和蠕变极限。在1100℃/140MPa持久条件下的寿命≥200h，其持久强度与CMSX-10相当；高温抗氧化性能好，即表面稳定性好。热处理窗口宽，固溶处理易于控制。CN109576532ACN109576532A权利要求书1/1页1.一种持久强度高且抗氧化性优良的第三代单晶高温合金，其特征在于，按重量百分比计，该单晶合金的化学成分为：Cr3～5％，Co5～12％，W6～8％，Mo0.1～2％，Re4.5～5.5％，Al5.5～6.5％，Ta6～10％，Nb0～0.6％，Hf0～0.2％，Y0～0.05％，C0～0.04％，其余为Ni。2.按照权利要求1所述的第三代单晶高温合金，其特征在于，按重量百分比计，该单晶合金化学成分如下：Cr3～4％，Co8～12％，W6～7％，Mo1～2％，Re4.5～5.0％，Al5.7～6.2％，Ta8～9％，Nb0～0.3％，Hf0.05～0.15wt％，Y0～0.03％，C0～0.02％，其余为Ni。3.按照权利要求1所述的第三代单晶高温合金，其特征在于，按重量百分比计，该单晶合金化学成分如下：Cr3％，Co12％，W6％，Mo1％，Re5％，Al6.2％，Ta8％，Nb0.15％，Hf0.1％，Y0.01％，C0.01％，其余为Ni。4.按照权利要求1所述的第三代单晶高温合金，其特征在于：合金中W与Mo的重量百分比含量之和大于6.5％，且Mo和W重量的比值小于1/5.5。5.按照权利要求1所述的第三代单晶高温合金，其特征在于：合金中Al与Ta的重量百分比含量之和大于13.5％，且Ta和Al重量的比值大于78/57。6.一种权利要求1所述第三代单晶高温合金的制备方法，其特征在于：在定向凝固炉上制备单晶合金，在单晶生长炉温度梯度范围40K/cm～80K/cm，浇注温度1500～1550℃，模壳温度与浇注温度保持一致，在生长速率为3～8mm/min范围内。7.一种权利要求1所述第三代单晶高温合金的热处理制度，其特征在于：(1)固溶处理：在1320～1330℃保温8～16小时，随后升温至1335-1340℃保温8～16小时，然后空冷至室温；(2)高温时效处理：在1100～1150℃保温2～6小时，随后空冷至室温；(3)低温时效处理：在850～890℃保温16～26小时，随后空冷至室温。8.按照权利要求7所述第三代单晶高温合金的热处理制度，其特征在于：(1)固溶处理：在1325℃保温16小时，随后升温至1335℃保温16小时，然后空冷至室温；(2)高温时效处理：在1150℃保温4小时，随后空冷至室温；(3)低温时效处理：在870℃保温24小时，随后空冷至室温。2CN109576532A说明书1/8页持久强度高且抗氧化性优良的第三代单晶高温合金及制备技术领域[0001]本发明涉及高强度单晶高温合金及其制备和热处理领域，特别提供了一种低成本、高强度且完全抗氧化的第三代单晶高温合金，主要适用于在1100℃以上使用的航空发动机的叶片材料。背景技术[0002]镍基单晶高温合金由于具有优越的综合性能，是目前及将来相当长时期内先进发动机中承受温度最高，应力载荷最大的关键部件的首选材料。[0003]在单晶高温合金发展的过程中，由于对使用