专利名称：一种镍基耐高温合金材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及航空、航天、军工、热电厂等使用的发动机、燃气轮机等高温材料领域，具体涉及一种镍基耐高温合金材料及其制备方法。
背景技术：
高温合金是现代发动机、火箭发动机以及燃汽轮机所必需的重要材料，从四十年代初至今已有七十多年的历史。高温合金的发展目标就是要提高使用温度以满足发动机效率和推力不断提出的要求，而航空发动机用涡轮叶片材料的使用温度每年以约8°C的速度稳定增长。Rene’ 220合金是美国在N1-Cr-Fe基合金Inconel718基础上研制的的一种N1-Cr-Co基耐高温合金,与Inconel718相比,Rene’220合金中用Co代替Fe,增加了 Ta含量。由于新合金中去掉了 Fe，降低了有害相Laves的影响。而且用Co代替Fe后，合金的持久寿命得以很大提高。Ta的增加使合金·在时效中形成大量的析出强化相，弥补了由于去掉Fe而带来的强度损失。Rene’ 220合金的成分设计增加了强化相Y”的稳定性，承受高温能力提高了 50°C，同时保持了与Inconel718同样优秀的铸造工艺和焊接工艺性能。这将满足高性能航空发动机发展的要求，是铸造Inconel718合金强有力的替代者。但是，Rene’ 220合金的铸造性能和高温使用性能并不稳定，并不能完全满足现代发动机、火箭发动机以及燃汽轮机的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种镍基耐高温合金材料，具有良好的铸造工艺性能和高温使用性能。本发明的另一目的是提供上述合金材料的制备方法，该方法简单易行，得到的镍基耐高温合金材料具有良好的铸造工艺性能和高温使用性能。一种镍基耐高温合金材料，按照重量百分含量由下列物质组成:C 0.02-0.03%，Cr 18-19%, Co 12—13%，Nb 4.5-5.1 %, Mo 3.2-3.3%, Al 0.4-0.6%, Ti 0.8-1.2%, Ta
2.5-3.0%, B 0.008-0.011%，余为 Ni。一种所述镍基耐高温合金材料的制备方法，包括如下步骤:
(O按照合金材料的组成配料；
(2)将配好的料放入真空感应炉中冶炼得到合金液；
(3)将合金液进行浇铸，然后冷却至室温即得所述镍基耐高温合金材料。步骤(3)中浇铸温度为1380 — 1420°C，模温 950 — 970°C。有益效果:
镍基耐高温合金材料中硼(B)的添加量对合金的凝固工艺性能有非常关键的影响，B含量越低，终凝温度一般也越高。合金材料中B含量为0.008-0.011%时，合金材料的最终凝固的温度范围为1100-1120°C。如B含量为0.008%时，终凝温度为1110温度。当终凝温度为1100-1120°C，合金在最终凝固阶段有很好的补缩，最终的组织中缩孔少，具有良好的铸造工艺性能；同时这个终凝温度不影响合金的高温使用性能，对合金固溶过程也有促进作用。本发明镍基耐高温合金材料的制备方法，简单易行，得到的镍基耐高温合金材料具有良好的铸造工艺性能和高温使用性能。
图1是合金材料I的金相组织图。图2是合金材料2的金相组织图。
具体实施例方式实施例1
配方I的成分及其重量百分含量:c 0.03%, Cr 18.8%, Co 12%, Nb 5.0%, Mo 3.2%, Al0.5%, Ti1.0%, Ta 3.0%, B 0.003%，余为 Ni。按照配方I配好料后，放入25Kg真空感应炉中，冶炼得到合金液。将合金液进行浇铸，浇铸温度为1390°C，模温960°C，约在10分钟内冷却至室温，得到合金材料I。将合金材料I放入真空感应炉中，加热到1400 °C保温5分钟后，随炉冷却至1140°C保温10分钟，水淬后组织观察其金相组织，见图1。从图1可以看出，合金材料I的组织中主要有g基体、条状的d相、块状的Laves相和少量残余液体组织L’。将合金材料I放入真空感应炉中，加热至1400 °C保温5分钟后，随炉冷却至1130°C保温10分钟，水淬 后组织观察，没有发现液相组织。根据终凝温度的定义，说明合金材料I的终凝温度为1140°C。实施例2
配方2的成分及其重量百分含量:C 0.03%, Cr 18.8%, Co 12%, Nb 5.0%, Mo 3.2%, Al0.5%, Ti1.0%, Ta 3.0%, B 0.008%，余为 Ni。按照配方2配好料，放入25Kg真空感应炉中冶炼，得到合金液。将合金液进行浇铸，浇铸温度为1390°C，模温960°C。约在10分钟内冷却至室温，得到合金材料2。将合金材料2放入真空感应炉中，加热至1400 °C保温5分钟后，随炉冷却至iiicrc保温 ο分钟，水淬后组织观察，发现有极少量的液体组织，见图2.通过金相观察，可以发现，合金材料2由液态冷却到1110°C水淬后，组织主要有g基体、条状的d中相、块状的Laves相和少量残余液体组织L’。将合金材料2放入真空感应炉中加热至1400°C保温5分钟后随炉冷却至1100°C保温10分钟水淬后组织观察，没有发现液相组织。根据终凝温度定义，可以确定合金的终凝温度为1110°c。实施例3
配方3的成分及其重量百分含量:C 0.03%, Cr 18.8%, Co 12%, Nb 4.5%, Mo 3.2%, Al0.5%, Ti1.0%, Ta 3.0%, B 0.010%，余为 Ni。按照配方3配好料后，放入25Kg真空感应炉中冶炼得到合金液。将合金液进行浇铸，浇铸温度为1390°C，模温960°C。约在10分钟内冷却至室温，得到合金材料3。
将合金材料3放入真空感应炉中，加热至1400°C保温5分钟，随炉冷却至1110°C保温10分钟，水淬后组织观察，发现有极少量的液体组织。将合金材料3放入真空感应炉中加热至1400°C保温5分钟，随炉冷却至1100°C保温10分钟，水淬后组织观察，没有发现液相组织。说明合金材料3的终凝温度为1110°C。实施例4
配方4的成分及其重量百分含量:C 0.03%, Cr 18.8%, Co 12%, Nb 5.0%, Mo 3.2%, Al
0.5%, Ti1.0%, Ta 2.5%, B 0.011%，余为 Ni。 按照配方4配好料后，放入25Kg真空感应炉中冶炼得到合金液。将合金液进行浇铸，试棒浇铸温度为1390°C，模温960°C。约在10分钟内冷却至室温，得到合金材料4。将合金材料4放入真空感应炉中，加热至1400 °C保温5分钟，后随炉冷却至1110°c，保温10分钟，水淬后组织观察，发现有极少量的液体组织。将合金材料4放入真空感应炉中加热至1400°C保温5分钟后随炉冷却至1100°C保温10分钟水淬后组织观察，没有发现液相组织。可以判断合金材料4的终凝温度为1110。。。实施例1 一 4说明当B添加量在0.008-0.011%，合金最终凝固的温度范围为1100-1120°C，合金具有高的凝固工艺性能，同时不影响高温使用性能。
权利要求
1.一种镍基耐高温合金材料，按照重量百分含量由下列物质组成:C 0.02-0.03%，Cr18-19%, Co 12-13%, Nb 4.5-5.1%，Mo 3.2-3.3%, Al 0.4-0.6%, Ti 0.8-1.2%, Ta 2.5-3.0%,B 0.008-0.011%，余为 Ni。
2.—种权利要求1所述镍基耐高温合金材料的制备方法，包括如下步骤: (O按照合金材料的组成配料； (2)将配好的料放入真空感应炉中冶炼得到合金液； (3)将合金液进行浇铸，然后冷却至室温即得所述镍基耐高温合金材料。
3.根据权利要求2所述镍基耐高温合金材料的制备方法，其特征在于步骤(3)中浇铸温度为 1380 - 142 0°C，模温 950 — 970°C。
全文摘要
本发明提供镍基耐高温合金材料及其制备方法，涉及高温材料领域。所述镍基耐高温合金材料，按照重量百分含量由下列物质组成C0.02-0.03%，Cr18-19%，Co12-13%，Nb4.5-5.1%，Mo3.2-3.3%，Al0.4-0.6%，Ti0.8-1.2%，Ta2.5-3.0%，B0.008-0.011%，余为Ni。其制备方法为按照合金材料的组成配料；将配好的料放入真空感应炉中冶炼得到合金液；将合金液进行浇铸，然后冷却至室温即得所述镍基耐高温合金材料。本发明镍基耐高温合金材料，具有良好的铸造工艺性能和高温使用性能，其制备方法简单易行。
文档编号C22C19/05GK103074525SQ20131006092
公开日2013年5月1日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者王玲, 娄琅洪, 苏静, 于永泗, 朱耀宵 申请人:南京信息工程大学