一种高强度且组织稳定的第四代单晶高温合金及制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103382536A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103382536103382536A(43)申请公布日2013.11.06(21)申请号201210135327.0C30B29/52(2006.01)(22)申请日2012.05.03C30B11/00(2006.01)C30B33/02(2006.01)(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)发明人金涛刘金来谭喜鹏孟杰赵乃仁孙晓峰管恒荣胡壮麒(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)C22F1/10(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书6页说明书6页附图3页附图3页(54)发明名称一种高强度且组织稳定的第四代单晶高温合金及制备方法(57)摘要本发明涉及高强度单晶高温合金领域，特别提供一种高强度且组织稳定的第四代单晶高温合金及制备方法，该合金主要适用于在1100℃以上使用的航空发动机的叶片材料。合金的化学成分（wt%）为：Cr3～5％，Co5～12％，W6～8％，Mo0.1～2％，Re4.5～6％，Ru2～4％，Al5.5～6.5％，Ta6～10％，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1480～1550℃，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。在1140℃/137MPa持久条件下的寿命≥100h，其持久强度与EPM102合金相当；高温组织稳定性好。热处理窗口宽，固溶处理易于控制。CN103382536ACN1038256ACN103382536A权利要求书1/1页1.一种高强度且组织稳定的第四代单晶高温合金，其特征在于：按重量百分比计，该合金的化学成分为：Cr3～5％，Co5～12％，W6～8％，Mo0.1～2％，Re4.5～6％，Ru2～4％，Al5.5～6.5％，Ta6～10％，其余为Ni。2.按照权利要求1所述高强度且组织稳定的第四代单晶高温合金，其特征在于：按重量百分比计，该合金的化学成分如下：Cr3.5～4.5％，Co8～12％，W6～7％，Mo1～2％，Re4.5～5.5％，Ru2.5～3.5％，Al5.75～6.25％，Ta7～9％，其余为Ni。3.按照权利要求1-2所述高强度且组织稳定的第四代单晶高温合金，其特征在于：按重量百分比计，该合金的化学成分如下：Cr4％，Co12％，W6％，Mo1％，Re5.4％，Ru3％，Al6％，Ta8.4％，其余为Ni。4.权利要求1所述高强度且组织稳定的第四代单晶高温合金的制备方法，其特征在于：将所述合金成分按照配比在定向凝固炉上进行制备单晶合金，在单晶生长炉温度梯度范围40K/cm～80K/cm，浇注温度1480～1550℃，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，制备单晶叶片或试棒，然后进行热处理。5.按照权利要求4所述高强度且组织稳定的第四代单晶高温合金的制备方法，其特征在于：所述热处理制度如下：（1）固溶处理：在1310～1320℃保温8～16小时，随后升温至1320-1330℃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。2CN103382536A说明书1/6页一种高强度且组织稳定的第四代单晶高温合金及制备方法技术领域[0001]本发明属于高强度单晶高温合金及其制备和热处理等领域，特别提供了一种低成本、高强度且完全抗氧化的第四代单晶高温合金，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，由于对使用温度的要求越来越高，合金中难熔元素的含量逐渐增多，尤其是Re、W、Mo、Ta等，典型的第一代（CMSX-2）、第二代（CMSX-4）、第三代（CMSX-10）单晶高温合金难熔元素（Re＋W＋Mo＋Ta）的含量从约14wt％到接近16.5wt％再到超过20wt％。特别地，CMSX-10的Re含量为6wt％。由于Re、W的过量加入，在使性能逐步提高的基础上也带来了如下缺点：成本高、密度大、显微组织不稳定，易析出TCP相(topologicallyclosepacked)等。为了解决