一种镍基单晶高温合金及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115029586A(43)申请公布日2022.09.09(21)申请号202210428186.5(22)申请日2022.04.22(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)发明人王新广周亦胄刘金来李金国刘纪德杨彦红孙晓峰(74)专利代理机构北京煦润律师事务所11522专利代理师梁永芳(51)Int.Cl.C22C19/05(2006.01)C30B29/52(2006.01)C30B11/00(2006.01)C22F1/10(2006.01)C21D11/00(2006.01)权利要求书2页说明书10页附图7页(54)发明名称一种镍基单晶高温合金及其制备方法(57)摘要本发明关于一种镍基单晶高温合金及其制备方法，涉及高代次单晶高温合金材料领域。以重量百分比计，镍基单晶高温合金包括以下成分：Cr3.5‑5.5wt％、Co6‑14wt％、W5‑7wt％、Mo0.5‑2.5wt％、Re4‑7.5wt％、Ru1.5‑4wt％、Al5‑6.8wt％、Ta7‑10wt％、Ti≤0.8wt％、Sc≤0.5wt％、Si≤0.2wt％、Hf≤0.3wt％、Y≤0.05wt％、Zr≤0.03wt％、Fe≤0.02wt％、Na≤0.0075wt％、Be≤0.0045wt％、Sr≤0.0065wt％、Hg≤0.0055wt％、余量为Ni。上述成分设计能降低合金的整体层错能，利用位错扩展并反应形成的压杆位错、L‑C位错锁等限制位错运动以强化合金，同时保证合金的组织稳定性与高温沉淀强化效果。进一步，在镍基单晶高温合金的制备中，本发明量化制定了合理的高温固溶热处理制度，通过协同调控合金的成分与热处理制度工艺，实现了低层错能镍基单晶高温合金的针对性设计CN115029586A与高温强度的充分发挥。CN115029586A权利要求书1/2页1.一种镍基单晶高温合金，其特征在于，以重量百分比计，所述镍基单晶高温合金包括以下成分：Cr3.5‑5.5wt％、Co6‑14wt％、W5‑7wt％、Mo0.5‑2.5wt％、Re4‑7.5wt％、Ru1.5‑4wt％、Al5‑6.8wt％、Ta7‑10wt％、Ti≤0.8wt％、Sc≤0.5wt％、Si≤0.2wt％、Hf≤0.3wt％、Y≤0.05wt％、Zr≤0.03wt％、Fe≤0.02wt％、Na≤0.0075wt％、Be≤0.0045wt％、Sr≤0.0065wt％、Hg≤0.0055wt％、余量为Ni。2.根据权利要求1所述的镍基单晶高温合金，其特征在于，在所述镍基单晶高温合金的成分中：所述Co元素和Re元素的含量之和≥15.0wt％；和/或所述Co元素和Ru元素的含量之和≥12.0wt；和/或所述Co元素、Re元素及Ru元素的含量之和≥16.0wt％。3.根据权利要求1或2所述的镍基单晶高温合金，其特征在于，在所述镍基单晶高温合金的成分中：所述Ru元素和Co元素的含量比值大于等于0.12、小于等于0.50；和/或所述Mo、W、Ta元素的含量之和大于等于12.0wt％、小于等于18.0wt％；和/或所述Ta元素和Al元素的含量比值大于等于1.25、小于等于1.40。4.根据权利要求1‑3任一项所述的镍基单晶高温合金，其特征在于，所述镍基单晶高温合金中的γ′强化相的体积分数大于65％；和/或所述镍基单晶高温合金在1140℃/137MPa的条件下，持久寿命超过100小时；和/或所述镍基单晶高温合金合金在900℃、总应变幅为1.6％的条件下，低周疲劳寿命超过1000周次。5.权利要求1‑4任一项所述的镍基单晶高温合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备母合金锭：采用真空熔炼的方式熔炼出母合金锭；制备单晶件：在定向凝固炉中，将所述母合金锭制备成单晶件；高温固溶热处理：对所述单晶件进行高温固溶热处理；时效热处理：对高温固溶热处理后的单晶件进行时效热处理，得到镍基单晶高温合金；优选的，在所述制备单晶件的步骤中：单晶件为棒材、板材、以及叶片中的任一种；优选的，在所述制备单晶件的步骤中：在定向凝固炉中，采用螺旋选晶法将母合金锭制备成单晶件。6.根据权利要求5所述的镍基单晶高温合金的制备方法，其特征在于，在所述高温固溶热处理的步骤中：所述高温固溶热处理的制度为：将所述单晶件先升温至1315±5℃，保温7.5‑8.5h后，再升温至1325±5℃，保温7.5‑8.5h，然后空冷至室温。7.根据权利要求5所述的镍基单晶高温合金的制备方法，其特征在于，所述时效热处理的步骤，包括：第一步时效处理：将高温固溶热处理后的单晶件升温至1120‑1150℃，保温2‑6小时后，冷却至室温；第二步时效处理：将第一步时效处理后的单晶