本发明涉及合金材料，尤其涉及一种Ni-Cr-Mo-W-Nb-Al-Ti系高温合金材料、其制备方法及其应用。
背景技术：
在航空技术领域，航空发动机的热部件中，叶片材料的使用条件最为苛刻。
涡轮叶片是燃气轮机的关键部件，为了提高发动机的效率，必须不断提高涡轮燃气进口温度。一般叶身部分的温度达650℃以上，甚至高达980℃，叶根部分的温度也高达700℃以上。而且涡轮叶片承受气动力和离心力的作用，产生拉应力和弯曲应力，同时燃气流的高速脉冲，使叶片产生震动应力。叶身部分承受的拉应力平均为140Mpa，叶根部分承受的拉应力达280Mpa以上，因此叶片材料要有足够的高温拉伸强度、持久强度和蠕变强度，此外还要有良好的机械疲劳、热疲劳性能、抗氧化性能、抗热腐蚀性能、组织稳定性能和一定的塑性。
传统的高温蒸汽涡轮等部件采用Rene41合金材料，但由于其较低组织稳定性能和塑性，较大的降低了上述部件的使用寿命。
在新研发出的耐高温发动机合金材料中，部分在1000℃下的抗拉强度可达到800MPa，然而其持久寿命有限且不具备良好的抗氧化性能，极大的限制了其实际的应用。
技术实现要素：
针对现有技术的缺点，本发明的目的之一在于提供一种在高温条件下具有优异机械强度、较长持久寿命和优异抗氧化性的合金材料。按重量百分比计，所述高温合金材料的化学组成为：
C≤0.08；Cr 14.0～16.0；Mo 2.75～3.25；W 2.75～3.25；Nb+Ta2.75～3.25；Al 0.3～0.6；Ti 0.4～0.7；Fe 5.0～9.0；Zr 0.01～0.05；B0.003～0.008；Mg0.01～0.05；Mn≤0.75；P≤0.01；Si≤0.04；S≤0.01，余量为Ni及不可避免的杂质元素。
优选的，按重量百分比计，所述高温合金材料的化学组成为：
C≤0.08；Cr 14.5～15.5；Mo 2.75～3.25；W 2.75～3.25；Nb+Ta2.75～3.25；Al 0.3～0.6；Ti 0.5～0.6；Fe 5.0～9.0；Zr 0.01～0.05；B0.003～0.008；Mg0.01～0.05；Mn≤0.75；P≤0.01；Si≤0.04；S≤0.01，余量为Ni及不可避免的杂质元素。
优选的，按重量百分比计，所述高温合金材料的化学组成为：
C≤0.08；Cr 14.0～16.0；Mo 2.75～3.25；W 3.00～3.15；Nb+Ta2.75～3.25；Al 0.3～0.6；Ti 0.4～0.7；Fe 6.0～8.0；Zr 0.01～0.05；B0.003～0.008；Mg0.01～0.05；Mn≤0.75；P≤0.01；Si≤0.04；S≤0.01，余量为Ni及不可避免的杂质元素。
本发明的另一个目的在于提供制备上述合金材料的方法，该方法包括如下步骤：
(1)按组分比例称量原料，然后进行熔炼，熔炼温度1450～1470℃，溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1240～1260℃，保温3～5小时，开锻温度≥1200℃，停锻温度≥1010℃；
(4)锻后空冷至室温，再进行表面处理；
(5)热处理：980～1150℃固溶，空冷，即制得所需合金材料。
步骤(1)中，熔炼时在真空感应炉中进行。
步骤(2)在真空自耗炉中进行。
本发明的另外一个目的在于提供上述合金在动力装置上的应用，特别是在高压蒸汽涡轮上的应用。
本发明的有益效果：
如本发明的实验例所示，本发明所得合金在1050℃下，抗拉强度可达到1080-1150MPa。值得一提的是，本发明相对于现有的耐高温合金而言，除了具有更优秀的机械性能，更重要的是具有更为优异的持久寿命；同时，本发明所得合金的抗氧化性能也十分的优异，750℃下的氧化增重速度仅为0.5～0.7mg/m2·hr。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
合金的成分为：
C 0.08；Cr 14.0；Mo 2.75；W 2.75；Nb+Ta 2.75；Al 0.3；Ti 0.4；Fe 5.0；Zr 0.01；B0.003；Mg0.01；Mn 0.75；P 0.01；Si 0.04；S 0.01，余量为Ni及不可避免的杂质元素。
(1)按上述合金成分进行配料，然后在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度1450～1470℃，溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极再真空自耗炉中进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1240～1260℃，保温3～5小时，开锻温度≥1200℃，停锻温度≥1010℃；
(4)锻后空冷至室温，再进行表面处理；
(5)热处理：980～1150℃固溶，空冷，即制得所需合金材料。
实施例2
合金的成分为：
C 0.07；Cr 16.0；Mo 3.25；W 3.25；Nb+Ta 3.25；Al 0.6；Ti 0.7；Fe 9.0；Zr 0.05；B 0.008；Mg 0.05；Mn 0.65；P 0.005；Si 0.03；S 0.005，余量为Ni及不可避免的杂质元素。
(1)按上述合金成分进行配料，然后在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度1450～1470℃，溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极再真空自耗炉中进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1240～1260℃，保温3～5小时，开锻温度≥1200℃，停锻温度≥1010℃；
(4)锻后空冷至室温，再进行表面处理；
(5)热处理：980～1150℃固溶，空冷，即制得所需合金材料。
实施例3
合金的成分为：
C 0.08；Cr 14.5；Mo 3.00；W 3.00；Nb+Ta 3.00；Al 0.4；Ti 0.5；Fe 7.0；Zr 0.01；B 0.004；Mg 0.02；Mn 0.55；P 0.005；Si 0.02；S 0.005，余量为Ni及不可避免的杂质元素。
(1)按上述合金成分进行配料，然后在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度1450～1470℃，溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极再真空自耗炉中进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1240～1260℃，保温3～5小时，开锻温度≥1200℃，停锻温度≥1010℃；
(4)锻后空冷至室温，再进行表面处理；
(5)热处理：980～1150℃固溶，空冷，即制得所需合金材料。
实施例4
合金的成分为：
C 0.08；Cr 15.5；Mo 3.00；W 3.00；Nb+Ta 3.00；Al 0.6；Ti 0.6；Fe 9.0；Zr 0.03；B0.003；Mg 0.05；Mn 0.75；P 0.01；Si 0.04；S 0.01，余量为Ni及不可避免的杂质元素。
(1)按上述合金成分进行配料，然后在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度1450～1470℃，溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极再真空自耗炉中进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1240～1260℃，保温3～5小时，开锻温度≥1200℃，停锻温度≥1010℃；
(4)锻后空冷至室温，再进行表面处理；
(5)热处理：980～1150℃固溶，空冷，即制得所需合金材料。
实施例5
合金的成分为：
C 0.08；Cr 15.0；Mo 3.00；W 3.00；Nb+Ta 3.00；Al 0.6；Ti 0.55；Fe 9.0；Zr 0.03；B0.003；Mg 0.05；Mn 0.75；P 0.01；Si 0.04；S 0.01，余量为Ni及不可避免的杂质元素。
(1)按上述合金成分进行配料，然后在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度1450～1470℃，溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极再真空自耗炉中进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1240～1260℃，保温3～5小时，开锻温度≥1200℃，停锻温度≥1010℃；
(4)锻后空冷至室温，再进行表面处理；
(5)热处理：980～1150℃固溶，空冷，即制得所需合金材料。
实施例6
合金的成分为：
C 0.08；Cr 14.0；Mo 2.75；W 3.00；Nb+Ta 2.75；Al 0.6；Ti 0.7；Fe 6.0；Zr 0.02；B0.007；Mg0.04；Mn 0.45；P 0.01；Si 0.04；S 0.01，余量为Ni及不可避免的杂质元素。
(1)按上述合金成分进行配料，然后在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度1450～1470℃，溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极再真空自耗炉中进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1240～1260℃，保温3～5小时，开锻温度≥1200℃，停锻温度≥1010℃；
(4)锻后空冷至室温，再进行表面处理；
(5)热处理：980～1150℃固溶，空冷，即制得所需合金材料。
实施例7
合金的成分为：
C 0.08；Cr 16.0；Mo 3.25；W 3.15；Nb+Ta 2.75；Al 0.5；Ti 0.6；Fe 8.0；Zr 0.03；B 0.005；Mg 0.02；Mn 0.75；P 0.01；Si 0.04；S 0.01，余量为Ni及不可避免的杂质元素。
(1)按上述合金成分进行配料，然后在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度1450～1470℃，溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极再真空自耗炉中进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1240～1260℃，保温3～5小时，开锻温度≥1200℃，停锻温度≥1010℃；
(4)锻后空冷至室温，再进行表面处理；
(5)热处理：980～1150℃固溶，空冷，即制得所需合金材料。
实验例
(1)对实施例1-7所得合金进行1050℃下抗拉强度测试，结果如表1所示。
表1
(2)对实施例1-7所得合金进行750℃下抗氧化性能测试，测试是于高温静态空气中进行，结果如表2所示。
表2
注：表2中氧化增重速度的单位为mg/m2·hr。
其中，对照组合金的成分为：C 0.265％，Mn 2.18％，Si 0.54％，Cr 18.7％，Mo 9.3％，W 3.68％，Al 0.28％，Cu 0.21％，Fe 6.5％，B 1.05％，Ti 3.33％，Co 6.81％，Zr 0.16％，Nb 1.21％，余量为Ni及不可避免的杂质；制备方法如本发明实施例1。
(3)对实施例1-7所得合金进行300℃和750℃下持久寿命的测试，结果如表3所示。
其中，对照组合金的成分为：C 0.265％，Mn 2.18％，Si 0.54％，Cr 18.7％，Mo 9.3％，W 3.68％，Al 0.28％，Cu 0.21％，Fe 6.5％，B 1.05％，Ti 3.33％，Co 6.81％，Zr 0.16％，Nb 1.21％，余量为Ni及不可避免的杂质；制备方法如本发明实施例1。