专利名称：一种Ni基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Ni基合金材料及其制备方法。
背景技术：
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。但是，现有Rene’ 220合金的高温持久寿命及高温机械性能，并不能完全满足航空、航天、军工、热电厂等使用的发动机、燃气轮机的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种Ni基合金材料。本发明的另一目的是提供Ni基合金材料的制备方法，采用该方法制备的Ni基合金材料组织中Y”和Y’相数量多且尺寸适中，分布均匀，Y”没有异常长大的现象，具有较长的高温持久寿命和良好的高温机械性能。一种Ni基合金材料，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 4.5-4.8%, 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Ni基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，浇铸后得到合金锭；
(3)将合金锭加热升温至1135-1145°C，保温3.5-4.5小时，空冷；将合金锭加热升温至1085-1095°C，保温1-1.5小时，空冷；将合金锭加热升温至940 — 960°C，保温1.5 — 2.5小时，空冷；将合金锭加热升温至820-840°C，保温3.5-4.5小时，随炉冷却；将合金锭加热升温至745 - 765°C，保温9-11小时，空冷后得到所述Ni基合金材料。有益效果:
采用本发明方法制备的合金材料，其组织中Y ”相尺寸适中，分布均匀，Y ’相数量多，具有较长的高温持久寿命和良好的高温机械性能。在第二段 时效处理中，升温至745-765 ，保温9-11小时，因为这个温度段处于
Y’析出的C曲线鼻点，Y ’相在枝晶间和枝晶干上充分析出，而已经在上一段时效中析出的Y”尺寸稍微长大且不会发生过时效，Y”最终的尺寸适中，没有生成和周围尺寸不匹配的大的Y ”。组织同时具有高的强度和好的塑性，高温持久寿命最高，如700°C保温620MPa闻温持久寿命最闻可达约110小时。附图及简单说明
图1合金材料I的透射电镜图。图2为合金材料4的扫描电镜图。
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 4.5 %，Mo 3.2%, Al0.5%, Ti1.0 %，Ta 3.0%, B 0.008%，余为 Ni。按照配方I配料，放入真空感应炉中冶炼得到合金液。将合金液在浇铸温度为1390°C，模温960°C条件下浇铸，约在10分钟内冷却至室温，得到合金锭。将合金锭依次进行如下的处理:
前期处理:将合金锭置于热处理炉中，加热升温至1140°C，保温4小时，取出空冷；将合金锭置于热处理炉中，加热升温至1090°C，保温I小时，取出空冷；
中间处理:将合金锭置于热处理炉中，加热升温至950°C，保温2小时，取出空冷；
第一段时效处理:将合金锭置于热处理炉中，加热升温至830°C，保温4小时，随炉冷
却； 第二段时效处理:将合金锭加热升温至760°C，保温10小时，取出空冷后得到合金材料
1合金材料I电镜图如图1所示，可以看到合金材料I的组织中Y ”和Y ’同时大量析出，并且Y ”和Y ’相间分布，Y ”相分布均匀尺寸适中，说明合金材料I具有良好的高温机械性能。合金材料I在620MPa，700°C条件下，高温持久寿命可达约110小时。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 4.5%, Mo 3.2%, Al0.5%, Ti1.0 %, Ta 3.0%, B 0.010%，余为 Ni。按照配方I配料，放入真空感应炉中冶炼得到合金液。将合金液在浇铸温度为1390°C，模温960°C条件下浇铸，约在10分钟内冷却至室温，得到合金锭。将合金锭依次进行如下的处理:
前期处理:将合金锭置于热处理炉中，加热升温至1140°C，保温4小时，取出空冷；将合金锭置于热处理炉中，加热升温至1090°C，保温I小时，取出空冷；
中间处理:将合金锭置于热处理炉中，加热升温至950°C，保温2小时，取出空冷；
第一段时效处理:将合金锭置于热处理炉中，加热升温至830°C，保温4小时，随炉冷
却；
第二段时效处理:将合金锭加热升温至750°C，保温10小时，取出空冷后得到合金材料
2。对合金材料2进行电镜观察，发现组织中组织中Y”和Y’同时大量析出，Y”相的大小和分布都很均匀的，有良好的高温机械性能。。合金材料2在620MPa，700°C条件下，高温持久寿命可达约108小时。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%, Nb4.8%, Mo 3.2%, Al0.5%, Ti1.0%, Ta 2.5%, B 0.011%，余为 Ni。按照配方I配料，放入真空感应炉中冶炼得到合金液。将合金液在浇铸温度为1390°C，模温960°C条件下浇铸，约在10分钟内冷却至室温，得到合金锭。将合金锭依次进行如下的处理:
前期处理:将合金锭置于热处理炉中，加热升温至1140°C，保温4小时，取出空冷；将合金锭置于热处理炉中，加热升温至1090°C，保温I小时，取出空冷；
中间处理:将合金锭置于热处理炉中，加热升温至950°C，保温2小时，取出空冷；
第一段时效处理:将合金锭置于热处理炉中，加热升温至830°C，保温4小时，随炉冷
却；
第二段时效处理:将合金锭加热升温至765°C，保温10小时，取出空冷后得到合金材料3。合金材料3组织中组织中Y ”和Y ’同时大量析出，Y ”相的大小和分布都很均匀的，有良好的高温机械性能。合金材料3在620MPa，700°C条件下，高温持久寿命可达约109小时。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%, Nb4.6%, Mo 3.2%, Al
0.5%, Ti1.0 %, Ta 2.5 %, B 0.011，余为 Ni。按照配方4配料，放入真空感应炉中冶炼得到合金液。将合金液在浇铸温度为1390°C，模温960°C条件下浇铸，约在10分钟内冷却至室温，得到合金锭。将合金锭依次进行如下的处理:
前期处理:将合金锭置于热处理炉中，加热升温至1140°C，保温4小时，取出空冷；将合金锭置于热处理炉中，加热升温至1090°C，保温I小时，取出空冷；
中间处理:将合金锭置于热处理炉中，加热升温至950°C，保温2小时，取出空冷；
第一段时效处理:将合金锭置于热处理炉中，加热升温至830°C，保温4小时，随炉冷
却；
第二段时效处理:将合金锭加热升温至780°C，保温10小时，取出空冷后得到合金材料4。合金材料4的电镜图如图2所示， 可以看到合金材料4的组织中出现过分长大的
Y”相，这些组织会造成机械性能的恶化，高温持久寿命几乎为O。
权利要求
1.一种Ni基合金材料，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 4.5-4.8%, 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Ni基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，浇铸后得到合金锭； (3)将合金锭加热升温至1135-1145°C，保温3.5-4.5小时，空冷；将合金锭加热升温至1085-1095°C，保温1-1.5小时，空冷；将合金锭加热升温至940 — 960°C，保温1.5 — 2.5小时，空冷；将合金锭加热升温至820-840°C，保温3.5-4.5小时，随炉冷却；将合金锭加热升温至745 - 765° C，保温9-11小时，空冷后得到所述Ni基合金材料。
全文摘要
本发明提供一种Ni基合金材料及其制备方法，涉及高温材料领域。所述材料为C0.02-0.03%，Cr18-19%，Co12-13%，Nb4.5-4.8%，Mo3.2-3.3%，Al0.4-0.6%，Ti0.8-1.2%，Ta2.5-3.0%，B0.008-0.011%，余为Ni。其制备方法配料、冶炼、浇铸得合金锭；将合金锭升温至1135-1145℃，保温、空冷；升温至1085-1095℃，保温、空冷；升温至940-960℃，保温、空冷；升温至820-840℃，保温、随炉冷却；升温至745-765℃，保温、空冷。本发明材料具有较长的高温持久寿命和良好的高温机械性能。
文档编号C22C19/05GK103074526SQ20131006092
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, 于永泗, 姚义俊, 娄琅洪, 朱耀宵 申请人:南京信息工程大学