一种钴基合金及其制造方法

文档序号:3384825来源:国知局
专利名称:一种钴基合金及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有较高强度、弹性模量和抗氧化性能的钴基合金及其 制造方法。
背景技术
新型航空发动机的先进技术之一是在关键部位采用刷式密封。刷式密封(brush seal)是由紧密排列在两块板中的细丝组成,丝与转动轴成一定度角, 刷丝能够随着轴的偏转而运动,保证了在轴偏振时仍然能起到密封作用,与 现有的篦齿密封相比,刷式密封能显著地减少发动机二次气流泄漏,提高发 动机推力1-3%,降低耗油率3-5%。刷密封技术的关键之一是材料,刷丝材料的性能是决定刷密封性能的关 键因素。刷密封材料在高温高速下同转子涂层配合时,应具有室温和高温下 的较高且稳定的弹性模量、强度和高温抗氧化性能。从国外资料来看,刷丝 合金基本上是钴基或镍基高温合金,其中钴基的HS25合金虽然具有较高的 强度、耐磨性和弹性模量,但是其抗氧化性能还不能完全令人满意,特别是 该合金的冷热变形抗力较大,造成其成型困难,成材率很低。发明内容本发明的目的就是通过合金成分设计和必要的冶金手段制备出一种在 60(TC下具有高强度、高弹性模量、高温抗氧化性以及可变形的合金材料, 以满足制造刷密封的要求。
为达到上述目的,本发明的合金化学成分重量百分比为C0.05 0.15%, Si《0.4%, Mn 1.0 2.0%, M9.0 11.0%, Cr 19.0 21.0%, W14.0 16.0%, A10.1 1.2%, Y0.01 0.05%, S〈0.3%, P〈0. 03%, Fe 《3.0%,余Co及不可避免的杂质元素。本发明将合金成分设计为以耐磨性较好及高弹性模量的Co基高温合金 为基础,加入Cr、 Ni、 W等高温耐蚀和固溶强化元素,来保证合金具有良 好的强度和刚性;同时,为了使合金在高温下能形成致密坚韧的Cr203和 Al203氧化膜,提高合金的抗氧化性能,合金中还加入了A1元素。另外,在 合金中还加入了微量的Y,它作为氧活性元素可显著改善和稳定合金高温氧 化膜,更重要的是显著改善了合金的冷热加工性能。合金采用真空感应炉加电渣重熔或真空感应炉加真空自耗冶炼,以充分 降低和去除合金中的气体和夹杂物含量。Y、 Al等微量元素的控制是本发明 的实质性特点所在。冶炼后的合金采用常规金属压延技术,加工中的软化温度为 1000 1200°C。合金可加工成锻件、棒材、丝材及带材。刷式密封用刷丝材料规格一般小于小0.2mm。由于该合金变形抗力大, 冷拔过程中,变形量过大时极易出现裂纹,所以应严格控制冷拔道次,变形 量应控制在40%以下,热处理温度应控制在1150-120(TC之间,这是保证合 金丝顺利拔制的技术关键;另外,为了保证刷丝排列紧密整齐,这就要求成 品丝在自由状态下呈直线型,本发明在成品前采用了消除应力的热张力退火 处理工艺方法,保证了成品丝的平直性及综合性能。这也是本发明的实质性 特点所在。其工艺为第一步成品前一道次变形量控制在20-40%范围内,以获得合金丝较 高的强度。第二步热张力退火温度850-1050°C 速度40-70m/min本发明的贡献在于通过在HS25合金中加入微量的Al、 Y元素,使合 金的综合性能得到了提高,强度由1300MPa提高到1500MPa;室温弹性模量 由230GPa提高到250GPa; 600°C的弹性模量由170GPa提高到177GPa; 750 。C的氧化速度由K+<0. 010g/m2h降低至lj KX0.006g/m2h。特别是4)1.0mm以下 合金丝的成材率由20%提高到了40%。另外,本发明设计了热张力退火工艺, 使小于4)0.2mm的极细丝在保证强度不降低的前提下(大于llOOMPa),合金 丝的平直性得到了极大的改善,由热处理前的螺旋状丝型,转变为弯曲度小 于5mm/m的直线型。下面通过实施例具体说明本发明的技术方案。实施例1:合金的化学成分(wt%)为C0.11。/。, Si<0.4%, Mnl.74%, Nil0.7%, Cr20.1%, W14.2%, A10.39%, Y 0.015%, S〈0.3%, P〈0. 03%, Fe<0.5%,余 Co;合金在真空感应炉中冶炼,浇铸成4)90mm圆钢锭做电极棒,再用电渣 重熔的方法冶炼成80Kg圆钢锭,在1160。C温度下保温一小时,锻成9(^mm 方坯,然后在118(TC温度下热轧成4)8mm盘条;冷拔时,每道次变形量控 制在40%以内,热处理温度为1200°C,小0.10mm成品丝前一道变形量为 36%,最后在950。C、走丝速度60m/min、 3N张力下进行热张力退火。结果 为合金丝。b-1570MPa, E常溫^250GPa, E600C=172GPa, 750。C下的氧化速 度K+<0. 006g/m2h,合金丝在自由状态下弯曲度为4mm/m。实施例2:合金的化学成分(wt%)为C0.12。/。, Si<0.4%, Mnl.74%, Ni 10.7%, Cr 20.04%, W14.2%, Al 0.82%, Y0.03%, S〈0.3%, P〈0.03o/o, Fe<0.5%,
余Co。合金在真空感应炉中冶炼,浇铸成4)90mm圆钢锭做电极棒,再用电 渣重熔的方法冶炼成80Kg圆钢锭,在116(TC温度下保温一小时,锻成902mm 方坯,然后在118(TC温度下热轧成4)8mm盘条。冷拔时,每道次变形量控 制在40%以内,热处理温度为1200°C。小0.15mm成品丝前一道变形量为 22%,最后在1000°C、走丝速度50m/min、 4N张力下进行热张力退火。结 果为合金丝o b=1400MPa, E,.=245GPa, E6Q(rc=177GPa, 750。C下的氧化 速度K+<0. 005g/m2h,合金丝在自由状态下弯曲度为3mm/m。
权利要求
1.一种具有较高强度、弹性模量和抗氧化性能的钴基合金,其特征在于化学成分(wt%)为C 0.05~0.15%,Si≤0.4%,Mn 1.0~2.0%,Ni 9.0~11.0%,Cr 19.0~21.0%,W 14.0~16.0%,Al 0.1~1.2%,Y 0.01~0.05%,S<0.3%,P<0.03%,Fe≤3.0%,余Co及不可避免的杂质元素。
2. —种制造权利要求1所述合金丝材的生产方法,采用真空感应炉加电 渣重熔或真空感应炉加真空自耗冶炼,及常规的金属压延技术,加工到成品规格,其特征在于成品丝材热张力退火工艺为温度850-1050°C;速度40-70m/min;张力〈0. 2os。
全文摘要
本发明提供一种具有较高强度、弹性模量和抗氧化性能的钴基合金及其生产方法。材料的化学成分(wt%)为C0.05~0.15%,Si≤0.4%,Mn1.0~2.0%,Ni9.0~11.0%,Cr19.0~21.0%,W14.0~16.0%,Al0.1~1.2%,Y0.01~0.05%,S<0.3%,P<0.03%,Fe≤3.0%,余Co及不可避免的杂质元素。该材料可加工成棒材、丝材、带材。该材料具有较高的强度、弹性模量、耐磨性和可加工性能,成品丝经过热张力退火后,可获得良好的平直性。可广泛应用于高温环境下工作耐磨、耐蚀零部件的制做。
文档编号C22C19/07GK101148720SQ20071009095
公开日2008年3月26日 申请日期2007年3月29日 优先权日2007年3月29日
发明者傅祖明, 李振瑞, 章清泉, 郑宝茹 申请人:北京北冶功能材料有限公司
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