一种钴基高温合金及其制备方法.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CN109321786A(43)申请公布日2019.02.12(21)申请号201811531863.6(22)申请日2018.12.14(71)申请人北京科技大学地址100083北京市海淀区学院路30号(72)发明人李龙飞冯强庄晓黎(74)专利代理机构北京金智普华知识产权代理有限公司11401代理人皋吉甫(51)Int.Cl.C22C19/07(2006.01)C22C1/02(2006.01)C22F1/10(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图2页(54)发明名称一种钴基高温合金及其制备方法(57)摘要本发明属于高温合金领域，具体为一种组织稳定性高、抗氧化性能良好的γ＇相强化钴基高温合金，其化学成分按重量百分比计，包含Al：2.5～4％，W：3～10％，Ti：0.5～5％，Ta：1.5～6％，Ni：18～35％，Cr：10～14％，Nb：0～4.5％，Hf：0～0.5％，C：0～0.1％，B：0～0.1％，Zr：0～0.1％，Si：0～0.5％，余量Co，且Al+Cr≥13.5％，Al+Ti+Ta+Nb≥9.5％，W+Ta≤12.5％。本发明采用真空电弧炉熔炼，随后在1200～1250℃进行固溶并在700～900℃进行时效热处理。本发明合金的γ/γ＇两相组织在700～900℃稳定存在，且γ＇强化相体积分数大于40％，同时，该合金具有良好的抗氧化性能，大的热加工窗口以及低的合金密度，是航空发动机和工业燃气轮机高温盘件的候选材料。CN109321786ACN109321786A权利要求书1/1页1.一种钴基高温合金，其特征在于，其合金化学成分按重量百分比为Al：2.5～4％，W：3～10％，Ti：0.5～5％，Ta：1.5～6％，Ni：18～35％，Cr：10～14％，Nb：0～4.5％，Hf：0～0.5％，C：0～0.1％，B：0～0.1％，Zr：0～0.1％，Si：0～0.5％，余量Co，且Al+Cr≥13.5％，Al+Ti+Ta+Nb≥9.5％，W+Ta≤12.5％。2.如权利要求1所述的钴基高温合金，其特征在于，所述合金为γ/γ＇两相组织，分别为A1晶体结构的γ基体相和L12晶体结构的γ＇析出相，其中γ＇强化相为立方或球形形貌且体积分数大于40％。3.一种制备如权利要求1-2任意一项所述钴基高温合金的制备方法，其特征在于，具体制备工艺包含以下步骤：(1)按成分配比秤取Co、Al、W、Ti、Ta、Ni、Cr、Nb、Hf、C、B、Zr、Si等单质材料；(2)将上述秤取的单质原材料放置在真空电弧熔炼炉坩埚内，第一次抽真空到3×10-3Pa～5×10-3Pa后，充入高纯Ar保护气体到6×104Pa～8×104Pa，然后第二次抽真空到3×10-3Pa～5×10-3Pa，再充入高纯Ar保护气体到6×104Pa～8×104Pa；(3)在高纯Ar保护气氛中进行合金熔炼，熔炼电弧的电流大小控制在230～260A，待合金完全熔化后保持30～60秒，随后断电冷却至合金完全凝固，重复该熔炼步骤6～8遍，最终得到钴基高温合金锭材；(4)在高纯Ar保护气氛中，将上述制备的钴基高温合金锭材在1200～1250℃的固溶温度下保温12-24小时，空冷；接着在时效温度为700～900℃的范围内保温50-300小时，淬火冷却，即得到γ＇相强化钴基高温合金。4.如权利要求3所述的钴基高温合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)中钴基高温合金锭材在1200～1250℃的固溶温度下保温24小时，在时效温度为700～900℃的范围内保温50小时。2CN109321786A说明书1/7页一种钴基高温合金及其制备方法技术领域[0001]本发明属于高温合金技术领域，涉及一种组织稳定性高、抗氧化性能良好的γ＇相强化钴基高温合金及其制备方法。背景技术[0002]高温合金具有高的高温强度、优异的蠕变与疲劳抗力、良好的抗氧化腐蚀性能、组织稳定性和使用可靠性，因此成为航空发动机和工业用燃气轮机的热端部件不可替代的关键材料。上世纪三十年代到五十年代，具有固溶强化及碳化物强化的钴基高温合金得到开发，并率先在航空发动机热端部件上得到应用。相比于镍基高温合金，钴基高温合金具有更高的熔点、更好的抗热腐蚀、抗热疲劳以及焊接性能。然而，传统钴基高温合金中因缺少L12型γ＇相强化机制，高温强度和承温能力显著低于由γ＇相强化的镍基高温合金，并逐渐被后者取代。[0003]直到2006年，Sato等人在Co-Al-W三元合金体系中发现了与镍基高温合金相似的γ/γ＇两相显微组织，其溶解温度达到990℃，预示着其高温强度和承温能力将显著提高，这是传统钴基高温合金不具备的[SatoJ,OmoriT,OikawaK,etal.C