一种耐高温合金材料、其制备方法及其应用
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及合金材料，尤其涉及一种耐高温合金材料、其制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002] 在航空技术领域，航空发动机燃烧室部件的工作环境对使用材料提出了苛刻的要 求。
[0003] 首先是高温:航空喷气发动机从压气机到尾喷管，各零部件在一定温度下工作，有 些零件要在800°C以上的条件下长期工作；
[0004] 其次是高应力：一些高温部件，由于震动、气流的冲刷，特别是旋转造成的离心作 用，将承受较大的应力，如涡轮叶片的应力可达300~409Mpa。
[0005] 再次是氧化和腐蚀等化学作用:燃气中存在大量的氧、水气，并存在S02、H2S等腐蚀 性气体，都对高温零件起氧化和腐蚀作用。
[0006] 而且，随着航空燃气涡轮发动机的发展，推重比的增加，发动机部件的工作环境日 益苛刻。以涡轮进口温度为例，现役机种为1600K左右，在研机种达到1850~1950K，预研机 种将高达2250~2350K。发展更高推重比的燃气涡轮发动机，首要任务是研制使用性能优异 的耐高温材料。
[0007] 现有的很多关于耐高温材料的报道，比如申请号为201110125242. X，发明名称为 "一种Cr改性的高Mo的M3A1基单晶高温合金及其制备方法"的中国专利，该单晶高温合金 性价比高、使用寿命长、抗氧化腐蚀性能优异，耐1100~1200°C高温下的氧化腐蚀;又比如 申请号为201010296131.0发明名称为"一种含稀土元素的镍钴基高温合金及其制备方法" 中国专利，该专利申请的合金具有优异的可加工性能以及室温至高温拉伸强度，持久性能 与高性能铸锻高温合金TMW相当。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的之一，就在于提供一种耐高温合金材料，以解决上述问题。
[0009] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种耐高温合金材料，其化 学组成，按重量百分比计为：
[0010] C(碳）0.05 ~0.15%
[0011] Cr(铬）20.5 ~23.00%
[0012] Mo(钼）8.00 ~10.00%
[0013] Co(钴）0.50 ~2.50%
[0014] W(钨）0.20 ~1.00%
[0015] Fe(铁）17.00 ~20.00%
[0016] B(硼）0.001 ~0.010%，
[0017] 余量为Ni (镍）。
[0018]作为优选的技术方案:所述材料中，所含的杂质，按质量百分比计：
[0019] P<〇.〇25% S<0.015%
[0020] Μη < 1.00% Si <1.00%
[0021] Cu<0.50%。
[0022] 本发明的目的之二，在于提供一种上述的耐高温合金材料的制备方法，采用的技 术方案为:包括以下步骤：
[0023] (1)按组分比例称量原料，然后进行熔炼，熔炼温度1450~1470°C，溶液浇注成自 耗电极；
[0024] 在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素的含 量尽量低；
[0025] (2)将步骤（1)所得的自耗电极进行重熔精炼，重熔成电渣锭，其目的是进一步降 低杂质元素的含量，使其符合设计要求；
[0026] (3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1140~1160°C，保温2~3小时，开始锻造，得到 钢棒;然后冷却至室温，再进行表面处理，即得。
[0027]其中，进行表面处理时，对钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、 形状、表面质量满足设计要求，制得成品钢棒。
[0028]作为优选的技术方案:步骤(1)中，熔炼时在真空感应炉中进行。
[0029]作为优选的技术方案:步骤(2)在电渣炉中进行。
[0030] 作为优选的技术方案:步骤(2)中冷却方式为空冷。Ni基高温合金冷却过程中没有 相变，所以优选采用空冷。
[0031] 本发明的目的之三，在于提供一种上述合金材料的应用，即将所述合金材料用于 制作航空发动机燃烧室部件。
[0032] 与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明的合金材料具有优异的耐高温性能 和力学性能，室温（25°C)的抗拉强度〇b2 700N/mm2;屈服强度〇Q.22 320N/mm2;伸长率δ5> 50%;高温(816±3°〇蠕变断裂试验2 1031^/1111112断裂时间2 2511伸长率652 60%，同时具有 良好抗氧化性，耐腐蚀性，适宜于900°C以下长期使用的航空发动机燃烧室和加力燃烧室零 部件，具有良好的焊接性能和冷、热加工成形性。
【具体实施方式】
[0033]下面将结合实施例对本发明作进一步说明。
[0034]实施例1-5:
[0035] 采用不同含量的元素，制得合金材料，一共采用了 5种不同的配方，各元素的组成 见表1，表1中，均为质量百分含量值。
[0036] 表1实施例1-5中各种元素的组成
[0037]
[0038] 明食/Η古：
[0039] (1)按照表1取所需化学元素，在真空感应炉冶炼，熔炼过程中调节化学元素的含 量，使其重量百分比如表1:
[0040] 并控制杂质元素的含量尽量低，溶液浇注成自耗电极；
[0041] (2)将步骤（1)所得的自耗电极于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质元素的含 量，使其符合下述要求：
[0042] C 0. 0:5~0.15(重量百分比） Cr W, 5"23, 00 (重量百分比） Mo 8, 0_0 .1.0. 00..(重量百分比.).Co. 0, 50 2.· 50:(重量百分比）
[0043] W 0. 2(TL00 (重量百分比) Fe 17. 00^20, 00 (重量百分比） B 0.00广〇, 010 (重量百分比)
[0044] 余量是Ni及不可避免的杂质；
[0045] 取样分析各组分含量合格后，制成电渣锭。
[0046] (3)将步骤(2)所得的电渣锭加热锻造制成钢棒，步骤及工艺参数如下；
[0047] 将钢棒加热至1140~1160°C，保温2~3小时，开始锻造;钢棒锻后空冷至室温；钢 棒表面处理，对成品钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量 满足设计要求，制得成品钢棒。
[0048] 实施例6
[0049] 材料性能测试
[0050] 在成品钢棒上取样检验力学性能，进行对应的力学性能试验；
[0051 ]--试样热处理步骤及工艺参数如下：
[0052] 固溶:加热温度1150 ± 14°C时间10~30Min冷却方式:水冷
[0053]将实施例1-5所制得的成品钢棒进行性能测试
[0054] 经室温拉伸试验，结果表明其力学性能完全达到设计要求，试验结果如下：
[0055] 室温拉伸：
[0056]
[0057] 蠕变断裂试验：
[0058]
[0060] 从上述结果可以看出，用本材料制造的航空用发动机部件，能够满足发动机部件 工作环境的使用要求。
[0061] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种耐高温合金材料，其特征在于:其化学组成，按重量百分比计为： C 0.05~0.15% Cr 20.5~23.00 % Mo 8.00~10.00% Co 0.50~2.50% W 0.20~1.00% Fe 17.00 ~20.00% B 0.001 ~0.010%， 余量为Ni。2. 根据权利要求1所述的耐高温合金材料，其特征在于:所述材料中，所含的杂质，按质 量百分比计： P<0.025% S<0.015% Μη < 1.00% Si <1.00% Cu《0.50%〇3. 权利要求1或2所述的耐高温合金材料的制备方法，其特征在于:包括以下步骤： (1) 按组分比例称量原料，然后进行熔炼，熔炼温度1450~1470°C，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1140~1160°C，保温2~3小时，开始锻造;然后冷却 至室温，再进行表面处理，即得。4. 根据权利要求3所述的耐高温合金材料的制备方法，其特征在于:步骤(1)中，熔炼时 在真空感应炉中进行。5. 根据权利要求3所述的耐高温合金材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)在电渣炉 中进行。6. 根据权利要求3所述的耐高温合金材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中冷却方 式为空冷。7. 权利要求1或2所述的耐高温合金材料的应用，其特征在于，将所述合金材料用于制 作航空发动机燃烧室部件。
【专利摘要】本发明公开了一种耐高温合金材料，属于合金材料技术领域，其化学组成，按重量百分比计为：C？0.05～0.15％、Cr？20.5～23.00％、Mo？8.00～10.00％、Co？0.50～2.50％、W？0.20～1.00％、Fe？17.00～20.00％、B？0.001～0.010％，余量为Ni，还公开了上述材料的制备方法和应用；本发明的合金材料具有优异的耐高温性能和力学性能，室温(25℃)的抗拉强度σb≥700N/mm2；屈服强度σ0.2≥320N/mm2；伸长率δ5≥50％；高温(816±3℃)蠕变断裂试验≥103N/mm2断裂时间≥25h伸长率δ5≥60％。
【IPC分类】C22C19/05, C22C1/02, C22C30/00
【公开号】CN105648277
【申请号】
【发明人】廖云虎, 雷德江, 刘永新, 黄志永, 张华国, 丁勇
【申请人】四川六合锻造股份有限公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月23日