一种含高温有序γ`强化相的Co-V基高温合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高(Co，V)含量、主要具有典型γ + Y’两相组织形貌，并且具有优良高温力学性能的Co-V基高温合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]高温合金被广泛地应用于航空、航天、舰船和能源动力等领域，特别是发动机高温部件，如喷油嘴、燃烧室和涡轮叶片等。高温合金可通过如常规铸造，定向凝固等多种工艺制备。有些常规铸材又经过辊轧、锻造和挤出等方式加工；有些在铸造后又采用固溶处理和时效处理等多种方式进一步热处理；有些高温合金还附有环境保护涂层。Co基高温合金和Ni基高温合金为目前所熟知的两大类高温合金。Co基高温合金具有优良的耐热腐蚀、耐磨损和抗氧化等特点，并且钴的恪点比镲的恪点高近40°C。但是相对于Ni基高温合金而言，较低的高温强度极大地限制了 Co基高温合金的应用(参见T.C.Du Mond, P.A.Tully, K.ffikle, Metals Handbook, vol.3, American Society for Metals, MetalsPark, OH, 1980, pp.589 - 594 ；C.T.Sims, N.S.Stoloff，ff.C.HageI, Superalloys
II,John Wiley & Sons, New York, 1987, pp.135 - 163 ；J.R.Davis, (Ed.), Nickel,Cobalt, and Their Alloys, ASM internat1nal, 2000, pp.343-368)。相关研宄表明，由于传统Co基高温合金仅通过固溶以及碳化物析出进行强化，而非类似Ni基高温合金中的γ ’共格强化，这使得Co基高温合金的高温强度较低(参见C.Τ.Sims, N.S.Stoloff,ff.C.Hagel, Superalloys II, John Wiley & Sons, New York, 1987, pp.158 - 163 ；J.R.Davis, (Ed.), Nickel, Cobalt, and Their Alloys, ASM internat1nal, 2000,pp.104-111)。2006年，Ishida等人在Co-Al-W体系中发现了具有共格强化相γ’的Co 基高温合金(参见 J.Sato, Τ.0mori, K.0ikawa, 1.0hnuma, R.Kainuma, K.1shida, Science 2006; 312: 90)，并且随后在 Co-Ga-W (参见 H.Chinen, T.0mori,K.0ikawa, 1.0hnuma, R.Kainuma, K.1shida, Journal of Phase Equilibria andDiffus1n 2009 ；30: 587)以及 Co-Ge-W (参见 H.Chinen, J.Sato, T.0mori, K.0ikawa, 1.0hnuma, R.Kainuma, K.1shida, Scripta Materialia 2007; 56: 141)等体系中也发现了共格强化相γ’。由于C0-Al-W体系中共格强化相γ’具有较高的固溶温度(1000~1140°C)以及γ/γ’具有优良的力学性能，使得该体系有望成为一种新型的高温材料。但是，对于单纯的Co-Al-W三元系来说，其较低的高温强度表明此类Co基高温合金的承温能力依然有限。
专利CN102234732A (专利名称:钴镍超合金及相关制品)和专利US20110268989A1 (专利名称:Cobalt_nickel superalloys, and related articles)介绍了一种基于传统钴基合金Haynes 188、包含γ’ ((Co, Ni)3(Al, Z)，Z为难熔金属)的钴镍合金组成物，其成分约为金属单质钴(30~50 wt.%)、金属镍(20~40 wt.%)、金属铝和铬(10 wt.%)、难熔金属鹤(10-16 wt.%)和钽(至多4 wt.%)。通过固溶处理、时效处理、空冷等处理方法，获得了含尺寸约200nm的γ’ -(Co, Ni)3(Al, W)的钴镍超合金。并且差示扫描量热测定(DSC)的结果表明Al、Ni以及Ta的添加有利于提高γ’的固溶温度。值得注意的是，高的γ’的固溶温度是高温合金在实际应用中的一个重要因素，虽然该合金的γ’固溶温度最高达到了 930°C，但是仍然需要进一步提高γ’的固溶温度。
[0003]专利CN101248198A(专利名称:高耐热性、高强度Co基合金及其制造方法)和专利US20080185078A1(专利名称:Cobalt-base alloys with high heat reaiatance and highstrength and process for producing the same)介绍了一种含有 γ’ (Co3(Al, ff))的钴基高温合金，其由金属单质销(0.1~10 wt.%)、金属鹤(3~45 wt.%)，少量的硼、碳、纪、镧、镲、铱、铁、络、钼、铼、钛、错、給、|凡、银、钽以及金属钴构成。通过恪解、铸造、热乳、热处理等手段制备出了耐氧化性优良的、延展性良好的、与Waspaloy合金的高温硬度同等水平的钴基高温合金。但是该专利中的基础合金系Co-Al-W的强度不高。
[0004]专利CN101671785A (专利名称:耐高温Co基高温合金)和专利US20100061883A1(专利名称:High-temperature-resistant cobalt-base superalloy)介绍了一种通过 γ’析出以及其他析出机制强化的耐高温Co基合金。其成分约为金属单质鹤(25-28 wt.%)、金属销(3-8 wt.%)、金属钽(0.5~6 wt.%)、金属钼(0~3 wt.%)、碳(0.01~0.2 wt.%)、金属铪(0.01-0.1 wt.%)、硼(0.001-0.05 wt.%)、硅(0.01-0.1 wt.%)、余量为金属钴。通过固溶、时效等处理，获得了具有优良的高温抗氧化性以及改进的高温强度的耐高温Co基合金。值得注意的是，由于该专利以Co-Al-W系为基础，而单纯的Co-Al-W三元合金的强度并不高。
[0005]专利CN103045910A (专利名称:一种高温稳定γ ’相强化的Co基高温合金及其制备方法)介绍了一种含高温稳定γ’的、具有γ + γ’两相结构的钴基高温合金。其成分约为金属单质销(4~12 at.%)、金属鹤(4~12 at.%)、金属钽(1~4 at.%)、金属钛(1~6at.%)、金属络(O -10 at.%)、金属钼(0~3 at.%)、金属給(O ~2 at.%)、碳(0~1 at.%)、硼(0~1 at.%)、余量为金属钴。通过熔解、固溶以及时效等热处理过程，获得了含有体积分数大于50%的立方状的γ’的Co基高温合金。并且该合金具有更高的Y’固溶温度以及更高的γ + γ’两相组织稳定温度。该专利以Co-Al-W三元为基础，添加其它组元，使合金的性能得到优化。而Co-Al-W基合金在1000°C上很难保持γ + Y’的两相组织，从而难以进一步提高其高温强度。
[0006]专利US005422072A (专利名称:Enhanced co-based alloy)介绍了一种高高温强度、耐磨损、耐腐蚀、耐氧化的钴基合金。其成分约为碳(0.1~1.2 Wt.%)、至少硅锰中的一种(0.01~2 wt.%)、金属铬(22~37 wt.%)、金属镍(5~15 wt.%)、金属铼(0.1~3.5 wt.%)、余量为金属钴。并且通过钴、碳、硅、锰、铬、镍、铼、硼、锆、钨、钼、钽、铌来改良高温耐磨损性；利用铪来改良耐腐蚀性；利用钇和稀土来改良高温抗氧化性。该专利中添加了较多的金属铬，这不利于γ’强化相的稳定。
[0007]需要指出的是，到目前为止，还未有以Co-V为基的高温合金的相关研宄报道。因此，本发明人对此进行研宄，本案由此产生。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种含高温有序Y ’强化相的Co-V基高温合金及其制备方法，主要以共格强化为机理，在高温条件下具有较高强度，而具有较大发展前景。
[0009]为了达成上述目的，本发明的技术方案如下:
一种含高温有序γ’强化相的C0-V基高温合金，该高温合金主要由均匀分布的立方状有序γ’和基体γ构成，并且具有优良的高温力学性能。该合金的成分按原子百分比为:Co 为 67.8-94%, V 为 5-26%, X 为 1-6%, X 为 Ta、T1、Nb、Al、N1、Mo、W、Cr、Re、Ir 和 Ru 中的一种或二种以上构成，Y为0