一种镍铝基合金及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种镍铝基合金及其制备方法，制备步骤如下：把Ni、Cr、Co放入坩埚中，Al、Ta、Ni-B、Re悬挂在坩埚上方，抽真空至2～4×10－3Pa；通电熔化Ni、Cr、Co金属块，升温至1560～1600℃，搅拌均匀；分别放入Ta、Ni-B、Al、Re金属块，升温至1560～1600℃，搅拌均匀；在1560～1600℃将金属液浇注成合金棒；将合金棒固溶处理2次，得到镍铝基合金。本发明的镍铝基合金添加了B、Ta、Cr、Re和Co作为强化元素，镍铝基合金在室温至600℃的压缩强度、塑性与硬度优异，具有良好的应用前景，并且镍铝基合金的制备方法工艺简单、易于实现，能够适用于工业批量生产。
【专利说明】一种镍铝基合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及合金领域，特别涉及一种镍铝基合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]金属间化合物NiAl是理想的高温结构材料，具有高熔点(1640°C )、高导热率(70?80W/m*K)、低密度(5.86g/cm3)以及优异的抗氧化性能等优点。然而，室温塑性差、室温断裂抗力低和高温强度不足以及高温蠕变抗力低等问题一直制约着NiAl用于结构部件材料的实用化进程。多年来，人们从合金化，制备内生和外生复合材料的角度出发，采用固溶强化、第二相强化、氧化物弥散强化(ODS)等方法，提高了 NiAl合金的抗高温强度和室温压缩塑性。
[0003]室温压缩实验时，NiAl具有0.05左右的压缩真应变，压缩强度为650MPa左右；随着温度的升高，强度降低，塑性增加，400°C压缩强度为500MPa左右，压缩真应变为0.15左右。添加0.5?1at.% Ag，NiAl-Ag具有0.07?0.12的压缩真应变，压缩强度为750?900MPa ;随着温度的升高，强度降低，塑性增加，400°C压缩强度为420?600MPa左右，压缩真应变为0.10?0.15左右。
[0004]德国马普研究所的Zeumer和Sauthoff等人研发的NiAl-Ta系合金,具有良好的力学性能，该合金具有较好的应用前景，特别是他们制备的NiAl-2.5Ta-7.5Cr性能优良。但现有的制备工艺复杂，成本高。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供一种具有高压缩强度和高压缩塑性的镍铝基合金，并提供镍铝基合金的制备方法。
[0006]本发明解决上述问题的技术方案是:一种镍铝基合金，其成分为NiAl-2.5Ta-7.5Cr-15Co-2B-7.5Re,即 N1、Al、Ta、Cr、Co、B、Re 的原子百分比为 32.75:
32.75:2.5:7.5: 15:2:7.50
[0007]上述镍铝基合金中，室温下，镍铝基合金的维氏硬度为650?663HV，抗压强度为1300?1390MPa，真应变为0.60?0.80 ;300°C下，镍铝基合金的抗压强度为1250?1290MPa，真应变为0.25?0.27 ;600°C下，镍铝基合金的抗压强度为1550?1620MPa，真应变为0.32?0.38。
[0008]一种镍铝基合金的制备方法，包括以下步骤:
[0009]I)在真空感应电炉中熔炼，把N1、Cr、Co放入真空感应电炉的坩埚中，Al、Ta、N1-B, Re用Al丝系住悬挂在坩埚上方，真空感应炉内抽真空至真空度为2?4X10 —3Pa ;
[0010]2)通电熔化N1、Cr、Co金属块，升温至熔化的金属液温度达到1560?1600°C，磁力搅拌使金属液成分均匀；
[0011]3)放入Al丝系住的Ta金属块，升温至1560?1600°C，磁力搅拌均匀；放入Al丝系住的N1-B金属块，升温至1560?1600°C，磁力搅拌均匀?’放入Al丝系住的Al金属块，升温至1560?1600°C,磁力搅拌均勻；放入Al丝系住的Re金属块,升温至1560?1600°C,磁力搅拌均匀；
[0012]4)在1560?1600°C温度下将步骤3)所得的金属液浇注成合金棒；
[0013]5)将合金棒放入真空钥丝炉中，抽真空至5?8X10 —3Pa,升温至1350°C保温12小时，升温速度为10?15°C /min，炉冷；
[0014]6)将真空钥丝炉抽真空至5?8X10 —3Pa,升温至1150°C保温12小时，升温速度为10?15°C /min，炉冷，得到镍铝基合金。
[0015]上述镍铝基合金的制备方法中，所述步骤4)中合金棒的直径为30毫米。
[0016]本发明的有益效果在于:本发明的镍铝基合金添加了 B、Ta、Cr、Re和Co作为强化元素，镍铝基合金在室温至600°C的压缩强度、塑性与硬度优异，在载荷为压应力的使用工况下具有良好的应用前景，并且镍铝基合金的制备方法工艺简单、易于实现，能够适用于工业批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为镍铝基合金的组织形貌与相分析图，图中a为SEM形貌图，b为X衍射图谱。
[0018]图2为镍铝基合金在室温下的真应力-真应变分析图。
[0019]图3为镍铝基合金在300°C下的真应力-真应变分析图。
[0020]图4为镍铝基合金在600°C下的真应力-真应变分析图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0022]实施例一:
[0023]将高纯(重量>99.9% )的 N1、Al、Ta、Cr、Co、Ni_B、Re，按成分 N1、Al、Ta、Cr、Co、B、Re的原子百分比为32.75:32.75:2.5:7.5:15:2:7.5配制镍铝基合金。镍铝基合金的化学成分为:NiAl-2.5Ta-7.5Cr-15Co-2B-7.5Re，具体制备方法如下:
[0024]I)在真空感应电炉中熔炼，把N1、Cr、Co放入真空感应电炉的坩埚中，Al、Ta、N1-B, Re用Al丝系住悬挂在坩埚上方，真空感应炉内抽真空至真空度为2?3X10 —3Pa ;
[0025]2)通电熔化N1、Cr、Co金属块，升温至熔化后的金属液温度达到1580°C，磁力搅拌使金属液成分均匀；
[0026]3)放入Al丝系住的Ta金属块，升温至1580°C，磁力搅拌均匀；放入Al丝系住的N1-B金属块，升温至1580°C，磁力搅拌均匀；放入Al丝系住的Al金属块，升温至1580°C，磁力搅拌均勻；放入Al丝系住的Re金属块,升温至1580°C,磁力搅拌均勻；
[0027]4)在1600°C温度下将步骤3)所得的金属液浇注成直径为30毫米的合金棒；
[0028]5)将合金棒放入真空钥丝炉中，抽真空至6?7X10 —3Pa,升温至1350°C保温12小时，升温速度为10°c /min，炉冷；
[0029]6)将真空钥丝炉抽真空至6?7X10 —3Pa,升温至1150°C保温12小时，升温速度为10/min，炉冷，得到镍铝基合金。
[0030]Gleeble 1500热模拟试验机测试合金的力学性能，其压缩应变速率为ZXKT3iT1,镍铝基合金的尺寸为4X4X6毫米，实验温度为室温?600°C。
[0031]室温下，NiAl-2.5Ta-7.5Cr-15Co-2B_7.5Re合金的维氏硬度为663HV，抗压强度为1384.7MPa，真应变为0.775。NiAl-2.5Ta_7.5Cr合金的抗压强度为1209.7MPa，真应变为0.069。(如图2所示)
[0032]300°C下，NiAl-2.5Ta_7.5Cr-15Co-2B_7.5Re 合金的抗压强度为 1290MPa，真应变为0.26。NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金的抗压强度为1117.4MPa，真应变为0.145。
[0033]600°C下，NiAl-2.5Ta_7.5Cr-15Co-2B_7.5Re 合金的抗压强度为 1612.0MPa，真应变为0.380。NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金的抗压强度为992.2MPa，真应变为0.126。
[0034]实施例二:
[0035]将高纯(重量>99.9% )的 N1、Al、Ta、Cr、Co、Ni_B、Re，按成分 N1、Al、Ta、Cr、Co、B,Re的原子百分比为32.75:32.75:2.5:7.5:15:2:7.5配制镍铝基合金。镍铝基合金的化学成分为:NiAl-2.5Ta-7.5Cr-15Co-2B-7.5Re，具体制备方法如下:
[0036]I)在真空感应电炉中熔炼，把N1、Cr、Co放入真空感应电炉的坩埚中，Al、Ta、N1-B, Re用Al丝系住悬挂在坩埚上方，真空感应炉内抽真空至真空度为3?4X10 —3Pa ;
[0037]2)通电熔化N1、Cr、Co金属块，升温至熔化的金属液温度达到1590°C，磁力搅拌使金属液成分均匀；
[0038]3)放入Al丝系住的Ta金属块，升温至1590°C，磁力搅拌均匀；放入Al丝系住的N1-B金属块，升温至1590°C，磁力搅拌均匀；放入Al丝系住的Al金属块，升温至1590°C，磁力搅拌均勻；放入Al丝系住的Re金属块,升温至1590°C,磁力搅拌均勻；
[0039]4)在1590°C温度下将步骤3)所得的金属液浇注成直径为30毫米的合金棒；
[0040]5)将合金棒放入真空钥丝炉中，抽真空至5?6X10 —3Pa,升温至1350°C保温12小时，升温速度为15°C /min，炉冷；
[0041]6)将真空钥丝炉抽真空至5?6X10 —3Pa,升温至1150°C保温12小时，升温速度为15°C /min，炉冷，得到镍铝基合金。
[0042]Gleeble 1500热模拟试验机测试合金的力学性能，其压缩应变速率为ZXKT3iT1,合金的尺寸为4X4X6毫米，实验温度为室温?600°C。
[0043]室温下，NiAl-2.5Ta-7.5Cr-15Co-2B_7.5Re合金的维氏硬度为650HV，抗压强度为1250MPa，真应变为0.65。NiAl-2.5Ta_7.5Cr合金的抗压强度为1209.7MPa，真应变为0.069。
[0044]300°C下，NiAl-2.5Ta_7.5Cr-15Co-2B_7.5Re合金的抗压强度为 1280.6 MPa，真应变为0.267。NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金的抗压强度为1117.4MPa，真应变为0.145。(如图3所示)
[0045]600°C下，NiAl-2.5Ta_7.5Cr-15Co-2B_7.5Re 合金的抗压强度为 1611.5MPa，真应变为0.374。NiAl-2.5Ta_7.5Cr合金的抗压强度为992.2MPa，真应变为0.126。(如图4所示)
【权利要求】
1.一种镍铝基合金，其成分为 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-15Co-2B-7.5Re,即 N1、Al、Ta、Cr、Co、B、Re 的原子百分比为 32.75:32.75:2.5:7.5:15:2:7.5。
2.如权利要求1所述的镍铝基合金，其特征在于:室温下，镍铝基合金的维氏硬度为650?663HV，抗压强度为1300?1390MPa，真应变为0.60?0.80 ;300°C下，镍铝基合金的抗压强度为1250?1290MPa，真应变为0.25?0.27 ;600°C下，镍铝基合金的抗压强度为1550 ?1620MPa，真应变为 0.32 ?0.38。
3.—种如权利要求2所述的镍铝基合金的制备方法，包括以下步骤: 1)在真空感应电炉中熔炼，把N1、Cr、Co放入真空感应电炉的坩埚中，Al、Ta、N1-B,Re用Al丝系住悬挂在坩埚上方，真空感应炉内抽真空至真空度为2?4X10 —3Pa ; 2)通电熔化N1、Cr、Co金属块，升温至熔化的金属液温度达到1560?1600°C，磁力搅拌使金属液成分均匀； 3)放入Al丝系住的Ta金属块，升温至1560?1600°C，磁力搅拌均匀；放入Al丝系住的N1-B金属块，升温至1560?1600°C，磁力搅拌均匀；放入Al丝系住的Al金属块，升温至1560?1600°C,磁力搅拌均勻；放入Al丝系住的Re金属块,升温至1560?1600°C,磁力搅拌均匀； 4)在1560?1600°C温度下将步骤3)所得的金属液浇注成合金棒； 5)将合金棒放入真空钥丝炉中，抽真空至5?8X10 —3Pa,升温至1350°C保温12小时，升温速度为10?15°C /min，炉冷； 6)将真空钥丝炉抽真空至5?8X10—3Pa,升温至1150°C保温12小时，升温速度为10?15°C /min，炉冷，得到镍铝基合金。
4.如权利要求3所述的镍铝基合金的制备方法，其特征在于:所述步骤4)中合金棒的直径为30毫米。
【文档编号】C22C1/03GK104404348SQ201410720802
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】王振生, 彭真, 杨双双, 宋力 申请人:湖南科技大学