专利名称：：一种Co-M-C合金及其采用液态金属冷却法制备Co-M-C合金的方法
技术领域：
：本发明涉及一种钴基高温合金，更特别地说，是指一种Co-M-C高温合金，以及采用液态金属冷却法制备Co-M-C合金的方法。
背景技术：
：为了满足航空发动机及工业燃气涡轮机对材料的苛刻要求，研制了钴基、铁基、镍基高温合金。相对于铁基、镍基高温合金，钴基高温合金有如下特点(1)髙温强度髙于铁基、镍基合金；(2)抗髙温氧化和耐热腐蚀性能优于铁基、镍基合金；(3)使用温度高于铁基、镍基合金，在镍基合金的基础上提高55"C左右；(4)钴基高温合金具有平坦的持久、时间-温度性能参数，对于高温低应力工作条件下的静部件具有重要价值；(5)钴基高温合金导热性高，并且热膨胀系数较低，适合于制造长期服役并要求抗热疲劳性能好的大截面高温部件。传统快速凝固法釆用水作为冷却介质，冷却速度以及温度梯度较低(30°C/cm80°C/cm)，而钴基合金中含有大量难熔元素如W、Mo、Ta等以及大量碳化物，难熔元素在凝固过程中造成组织不均匀和成分偏析及碳化物尺寸大和分布不均匀，影响了合金的使用寿命。液态金属冷却法是在快速凝固法的基础上,将抽拉出的铸件部分浸入具有高导热系数的髙拂点、低熔点、热容量大的液态金属中。
发明内容本发明的目的之一是提供一种Co-M-C高温合金，该Co-M-C高温合金中的M是指铬Cr、镍Ni、钨W、钼Mo、铝A1、钛Ti、钽Ta、锆Zr或者硼B金属元素中的一种或者两种以上的组合。本发明的另一目的是提出一种采用液态金属冷却法制备Co-M-C合金的方法，该方法中的液态金属为镓铟合金或者锡合金，通过控制冷却速度、固液界面的温度梯度，能够制备出一次枝晶间距小、组织均匀、低偏析的、性能优良的Co-M-C高温合金。本发明采用液态金属冷却法制备Co-M-C合金的方法，其步骤有步骤一制液态金属(A)将质量百分比纯度为99.99%的镓和质量百分比纯度为99.99%的铟加热至8crc20crc下，反应呈液态镓铟，然后将液态镓铟倒入定向凝固炉的冷却罐中作为冷却介质；用量1000g的镓中加入100300g的铟；或者(B)将质量百分比纯度为99.99G/。的锡加热至80。C20CrC下，反应呈液态锡，然后将液态锡倒入定向凝固炉的冷却罐中作为冷却介质；步骤二制备Co-M-C圆柱棒按Co-M-C高温合金的质量百分比用量称取各元素，并放入真空感应炉中，在真空度1乂10-2尸"~5乂10-4"、熔炼温度160(TC下熔炼515min后制得锭材;然后采用线切割方法将锭材切割成-15mmX200mm的Co-M-C圆柱棒；Co-M-C高温合金的质量百分比用量为<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>步骤三液态金属冷却制定向Co-M-C高温合金棒将步骤二制得的Co-M-C圆柱棒放入定向凝固炉的99瓷陶瓷模壳中；在真空度1X10—2尸a5xl0—4Pa、单晶炉内温度至1600。C1650。C下保温510min待合金棒材完全熔化；然后将熔化后的Co-M-C高温合金以215mw/min的速度通过液态金属冷却罐进行拉晶处理，拉晶时的温度梯度为260°C/cm300°C/cm，拉晶结束后，随炉冷却至室温，制得具有取向的Co-M-C高温合金。实施例1:采用液态金属冷却法在1650°C、温度梯度280。C/cm和10w附/min拉晶速率下的制备Co-Cr-C高温合金的步骤有步骤一制锡液态金属将质量百分比纯度为99.99%的锡加热至120°C，反应呈液态锡，然后将液态锡倒入定向凝固炉的冷却罐中作为冷却介质；在本发明中，液态金属能够提供280°C/cm的温度梯度，有利于在定向凝固过程中得到一次枝晶间距小、组织均匀、低偏析的性能优良Co-Cr-W-C高温合金。步骤二制备Co-Cr-C圆柱棒按Co-Cr-C高温合金的质量百分比用量称取各元素，并放入真空感应炉中，在真空度5X10—2&、熔炼温度160(TC下熔炼10min后制得锭材；然后采用线切割方法将锭材切割成^15mmX200mm的Co-Cr-C圆柱棒；Co-Cr-C高温合金中的质量百分比用量为<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>步骤三液态金属冷却制定向Co-Cr-C高温合金才奉将步骤二制得的Co-Cr-C圆柱棒放入定向凝固炉的99瓷陶瓷模壳中；在真空度5X10—2Pa、单晶炉内温度至165CTC下保温10min待合金棒材完全熔化；然后将熔化后的Co-Cr-C高温合金以10mm/min的速度通过液态金属冷却罐进行拉晶处理，拉晶时温度梯度为280°C/cm,拉晶结束后，随炉冷却至室温，制得具有取向的Co-Cr-C髙温合金的微观组织进行观察，发现一次枝晶间距较小，组织均匀，碳化物细小，故具有优良的凝固组织。采用型号为GWT304的固定载荷蠕变试验机。在980。C/83M户fl条件下测得实施例1制得的具有取向的Co-Cr-C高温合金的高温持久性能为124.5小时，延伸率为9.5%,断面收缩率为29.7%。实施例2:采用液态金属冷却法在165(TC、温度梯度300。C/cm和7mm/min拉晶速率下的制备Co-Cr-Ni-W-Mo-Al-Ti-Ta-Zr-B-C高温合金的步骤有步骤一制液态金属将质量百分比纯度为99.99。/。的镓和质量百分比纯度为99.99%的铟加热至15crc下，反应呈液态镓铟，然后将液态镓铟倒入定向凝固炉的冷却罐中作为冷却介质；用量1000g的镓中加入100g的铟；在本发明中，液态金属能够提供300°C/cm的温度梯度，有利于在定向凝固过程中得到一次枝晶间距小、组织均匀、低偏析的性能优良Co-Cr-Ni-W-Mo-Al-Ti-Ta-Zr-B-C高温合金。步骤二制备Co-Cr-Ni-W-Mo-Al-Ti-Ta-Zr-B-C圆柱棒按Co-Cr-Ni-W-Mo-Al-Ti-Ta-Zr-B-C高温合金的质量百分比用量称取各元素，并放入真空感应炉中，在真空度3X10—4&、熔炼温度1600。C下熔炼8min后制得微;然后釆用线切割方法将锭材切割成^15mmX200mm的Co-Cr-Ni-W-Mo-Al-Ti-Ta-Zr-B-C圆柱棒；Co-Cr-Ni-W-Mo-Al-Ti-Ta-Zr-B-C高温合金的质量百分比用量为:Co(wt%)金属元素M(wt%)C(wt%)CrNiWMoAlTiTaZrB余量10~250~100~100~20~30~10~10~10~0.50.01~0.5步骤三液态金属冷却制定向Co-Cr-Ni-W-Mo-Al-Ti-Ta-Zr-B-C高温合金棒将步骤二制得的Co-Cr-Ni-W-Mo-Al-Ti-Ta-Zr-B-C圆柱棒放入定向凝固炉的99瓷陶瓷模壳中；在真空度3X10_4尸"、单晶炉内温度至1650。C下保温6min待合金棒材完全熔化；然后将熔化后的Co-Cr-Ni-W-Mo-Al-Ti-Ta-Zr-B-C高温合金以7wm/min的速度通过液态金属冷却罐进行拉晶处理，拉晶时温度梯度30CTC/cm，拉晶结束后，随炉冷却至室温，制得具有取向的Co-Cr-C高温合金的微观组织进行观察，发现一次枝晶间距较小，组织均匀，碳化物细小，故具有优良的凝固组织。釆用型号为GWT304的固定载荷蠕变试验机。在980。C/83MP"条件下测得实施例1制得的具有[OOl]取向的Co-Cr-C高温合金的高温持久性能为226.7小时，延伸率为29.7%，断面收缩率为32.8%。实施例3:采用液态金属冷却法在1600。C、温度梯度260°C/cm和5mm/min拉晶速率下的制备Co-Cr-W-C高温合金的步骤有步骤一制镓铟液态金属将质量百分比纯度为99.99%的镓和质量百分比纯度为99.99%的铟加热至180°C，反应呈液态镓铟，然后将液态镓铟倒入定向凝固炉的冷却罐中作为冷却介质；用量1000g的镓中加入230g的铟；在本发明中，镓铟液态金属能够提供26CTC/cm的温度梯度，有利于在定向凝固过程中得到一次枝晶间距小、组织均匀、低偏析的性能优良Co-Cr-C高温合金。步骤二制备Co-Cr-W-C圆柱棒按Co-Cr-W-C髙温合金的质量百分比用量称取各元素，并放入真空感应炉中，在真空度3X10—3&、熔炼温度160(TC下熔炼5min后制得锭材；然后采用线切割方法将锭材切割成^15m附X200附m的Co-Cr-W-C圆柱棒；Co-Cr-W-C高温合金的质量百分比用量为Co金属元素M(wt%)C(wt%)CrNiwMoAlTiTaZrB(wt%)余量12.5070000000.35步骤三液态金属冷却制定向Co-Cr-W-C高温合金棒将步骤二制得的Co-Cr-W-C圆柱棒放入定向凝固炉的99瓷陶瓷模売中；在真空度5X10—4尸"、单晶炉内温度至160(TC下保温5min待合金棒材完全熔化；然后将熔化后的Co-Cr-W-C高温合金以5/ww/min的速度通过液态金属冷却罐进行拉晶处理，拉晶时温度梯度260°C/cm，拉晶结束后，随炉冷却至室温，制得具有001]取向的Co-Cr-W-C高温合金。采用奥林巴斯金相显微镜对实施例2制得的具有[OOlj取向的Co-Cr-C髙温合金的微观组织进行观察，发现一次枝晶间距较小，组织均匀，碳化物细小，故具有优良的凝固组织。釆用型号为GWT304的固定载荷蠕变试验机。在98(TC/83MP"条件下测得实施例1制得的具有取向的Co-M-C高温合金。3、根据权利要求2所述的采用液态金属冷却法制备Co-M-C合金，其特征在于在980°C/83MPa条件下测得具有[001取向的Co-Cr-C高温合金的高温持久性能为54小时226.7小时，延伸率为7.6%45.6%，断面收缩率为15.4%~57.9%。全文摘要本发明公开了一种Co-M-C合金及其采用液态金属冷却法制备Co-M-C合金的方法，该Co-M-C高温合金中的M是指铬Cr、镍Ni、钨W、钼Mo、铝Al、钛Ti、钽Ta、锆Zr或者硼B金属元素中的一种或者两种以上的组合。本发明采用液态金属冷却法制备Co-M-C合金，该方法中的液态金属为镓铟合金或者锡合金，通过控制冷却速度、固液界面的温度梯度，能够制备出一次枝晶间距小、组织均匀、低偏析的、性能优良的Co-M-C高温合金。文档编号C22C19/07GK101654754SQ20091009156公开日2010年2月24日申请日期2009年8月27日优先权日2009年8月27日发明者宫声凯,虎张,张岳香,徐惠彬,汤林志申请人:北京航空航天大学