一种低钨含量γ`相强化钴基高温合金及其制备工艺.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CN109576534A(43)申请公布日2019.04.05(21)申请号201910073112.2(22)申请日2019.01.25(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)发明人付华栋谢建新周晓舟张毅张玉衡(74)专利代理机构北京市广友专利事务所有限责任公司11237代理人张仲波(51)Int.Cl.C22C19/07(2006.01)C22C30/00(2006.01)C22C1/03(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种低钨含量γ`相强化钴基高温合金及其制备工艺(57)摘要本发明公开了一种低钨含量γ`相强化钴基高温合金及其制备工艺，属于新材料设计与开发技术领域。其化学成分按质量百分比计为：4.00％～6.00％Al，1.00％～5.99％W，25.00％～40.00％Ni，3.00％～6.00％Cr，6.01％～18.00％Ta，0.50％～8.00％Mo，0％～1.99％Ti，0％～4.00％Nb，0％～0.50％Hf，0％～0.50％C，0％～0.50％Y，余量Co；所设计合金中强γ′相形成元素Al、W、Ta、Ti、Mo、Nb的原子百分比总和不低于18％、难熔元素Cr、W、Ta、Mo、Nb的原子百分比总和不低于10％，以保证合金的γ`相溶解温度、粗化速率和体积分数要求；所开发制备工艺可避免高熔点元素的熔化不均匀以及低熔点元素的烧损现象，提高了铸锭化学成分的准确性和均匀性；所开发合金与同类γ`相强化钴基高温合金相比，具有更为优异的综合性能，有望在航CN109576534A空发动机和地面燃气轮机中获得推广应用。CN109576534A权利要求书1/1页1.一种低钨含量γ′相强化钴基高温合金，其特征在于合金化学成分按质量百分比计为：4.00％～6.00％Al，1.00％～5.99％W，25.00％～40.00％Ni，3.00％～6.00％Cr，6.01％～18.00％Ta，0.50％～8.00％Mo，0％～1.99％Ti，0％～4.00％Nb，0％～0.50％Hf，0％～0.50％C，0％～0.50％Y，余量Co。2.如权利要求1所述低钨含量γ′相强化钴基高温合金，其特征在于合金强γ′相形成元素Al、W、Ta、Ti、Mo、Nb的原子百分比总和不低于18％。3.如权利要求1所述低钨含量γ′相强化钴基高温合金，其特征在于难熔元素Cr、W、Ta、Mo、Nb的原子百分比总和不低于10％。4.如权利要求1所述低钨含量γ′相强化钴基高温合金的制备工艺，其特征在于包括中间合金熔炼和合金熔炼过程，制备步骤如下：(1)首先熔炼Co-Ni-Cr-W-Ta-Mo-Nb中间合金，防止熔炼过程中出现高熔点合金熔化不充分的现象；(2)将微量元素C、Hf、Y以及易氧化元素Al、Ti放入料斗中，以便在熔炼过程中加入，提高微量元素和易氧化元素的收得率；(3)采用真空感应炉进行熔炼，首先，进行小功率送电加热排除原料上的附着气体，然后进行大功率快速升温到1500℃-1600℃，然后降低温度至1350℃-1450℃，保温15-20分钟，加入料斗中的微量元素和易氧化元素，接着立刻快速升温到1500℃-1600℃，保温20-25分钟后浇注，制备成低钨含量γ′相强化钴基高温合金铸锭。2CN109576534A说明书1/4页一种低钨含量γ′相强化钴基高温合金及其制备工艺技术领域[0001]本发明属于新材料设计与开发技术领域，特别是提供了一种低钨含量γ′相强化钴基高温合金的成分及其制备工艺。背景技术[0002]钴基高温合金与镍基高温合金相比具有更为优异的抗热腐蚀、抗热疲劳和焊接等性能，是航空航天、能源动力、核工业等先进推进系统热端部件的关键材料之一。传统钴基高温合金的强化方式主要为固溶强化和碳化物强化，其高温强度和承温能力显著低于依靠γ'相(Ni3Al)强化的镍基高温合金，从而限制了钴基高温合金在高温和高承载条件下的广泛应用。[0003]2006年，Sato等人在Co-Al-W系合金中发现了与基体共格的γ′-Co3(Al,W)相，且后续研究通过合金化的方法将γ'相溶解温度提高到1100℃以上，在高温下获得了长时稳定的γ/γ'两相组织，并可通过共格强化和沉淀强化来提高合金的高温力学性能。该类γ'相强化钴基高温合金的高温强度相对于传统钴基高温合金显著提高，甚至在某些温度(≥1000℃)优于镍基高温合金。此外，最新研究报道，Co-Al-W-Ta-Ti五元单晶合金的蠕变性能已接近第二代镍基单晶高温合金，表明该类合金具有广阔的应用前景。[0004]然而，目前γ′相强化钴基高温合金与镍基高温合金相比的主要差距存在于：①γ′相溶解温度偏低，目前