高强度且完全抗氧化的第三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*CN102418147A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102418147A(43)申请公布日2012.04.18(21)申请号201010292822.3C30B33/02(2006.01)(22)申请日2010.09.27C22C19/05(2006.01)(71)申请人中国科学院金属研究所地址110016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王志辉孙晓峰管恒荣胡壮麒(74)专利代理机构沈阳科苑专利商标代理有限公司21002代理人张志伟(51)Int.Cl.C30B29/52(2006.01)C30B11/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称高强度且完全抗氧化的第三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(wt％)为：Cr3～5％，Co5～12％，W6～8％，Mo0.1～2％，Re4.5～5.5％，Al5.5～7％，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。CN102487ACCNN110241814702418157A权利要求书1/1页1.一种高强度且完全抗氧化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％，Al5.5～7％，Ta6～10％，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，该单晶合金优选的化学成分如下：Cr3～4％，Co8～12％，W6～7％，Mo1～2％，Re4.5～5.0％，Al6～7％，Ta7～9％，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，该单晶合金最佳的化学成分(wt％)如下：Cr3％，Co12％，W6％，Mo1％，Re5％，Al6.2％，Ta8％，其余为Ni。4.按照权利要求1所述的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。5.按照权利要求4所述的第三代单晶高温合金的制备方法，其特征在于，该单晶合金的热处理制度如下：(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。2CCNN110241814702418157A说明书1/5页高强度且完全抗氧化的第三代单晶高温合金及制备方法技术领域[0001]本发明涉及高强度单晶高温合金及其制备和热处理等领域，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。为了解决第二、三代单晶高温合金出现的显微组织不稳定的问题，国外采用的技术手段是加入Ru、Ir和铂族元素等来抑制TCP相得析出，但是这些元素较Re更贵，成本更高，并且资源缺乏，难以大量使用。另外，国内研制的无Re合金，如DD99、D