一种高强度镍基合金及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种高强度镍基合金，其化学成分按重量百分比含有：Al：3.2~6.8%，Cr：21~28%，B：3.0~4.2%，Si：1.2~1.9%，C：0.08~0.2%，Mo：1.8~2.8%，Nb：1.2~2.1%，Ta：1.0~1.8%，Ti：0.08~0.98%，Fe：3.2~5.8%，RE：0.2~0.38%，Cu：0.8~1.2%，Mn：0.002~0.08%，余量为Ni及不可避免的杂质；所述高强度镍基合金通过特定的合金搭配和制备方法得到特定的微观结构使得该高强度镍基合金的具有较好的强度和韧性，并且具有良好的高温性能。
【专利说明】一种高强度镍基合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于合金材料领域，特别是涉及一种高强度镍基合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]当今工业领域中，存在着大量磨损和腐蚀等恶劣环境条件，为适应极端工作环境下机械工作的要求，往往需要对零部件的表面进行热喷涂处理，镍基合金由于具有较好的耐磨耐蚀性而被广泛的用于零件表面的热喷涂材料，然而在实际应用中，其对强度也有非常高的要求，但是在强度提高的时候，往往要对韧性产生影响。
[0003]中国专利号98116301是一种适合制造用于焊接超级双相或超级奥氏体不锈钢的金属丝的镍基合金，指出成分为24.5% < Cr≤26.5%，13.5≤Mo≤16.5%，余量为镍、任选的一种或多种辅助合金成分和工艺所带入的杂质，该辅助合金成分选自氮，铝和镁，并由此制造的电极。但是同样的，其强度提高的情况下，高温性能不尽人意，韧性也不能满足日益多样的应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的之一在于提出一种高强度镍基合金；
本发明的目的之二在于提出一种高强度镍基合金的制备方法；
为达此目的，本发明采用以下技术方案:
一种高强度镍基合金，其化学成分按重量百分比含有:A1:3.2飞.8%，Cr:21~28%, B:
3.0~4.2%, Si:1.2~1.9%, C:0.08~0.2%, Mo:1.8~2.8%, Nb:1.2~2.1%，Ta:1.(Tl.8%, Ti:
0.08~0.98%, Fe:3.2~5.8%, RE:0.2~0.38%, Cu:0.8~1.2%, Mn:0.002~0.08%,余量为 Ni 及不可避免的杂质；
所述高强度镍基合金的微观结构中，Y固溶体在合金各截面所占的面积百分比为
1.2~2.8%，Ni3Al相在合金各截面所占的面积百分比为0.8~1.1%，Ni3 (Al，Ti)强化相在合金各截面所占的面积百分比为0.58^1.25%，Y ’ (Ni3Al)相在合金中心截面所占的面积百分比为0.02~0.032% ；
所述高强度镍基合金的屈服强度为56(T610MPa，抗拉强度78(T820MPa，延伸率42~51%，20 V的冲击韧性98~102J/cm2。
[0005]作为优选，所述高强度镍基合金的化学成分按重量百分比含有:Al:4.8%, Cr:26%, B:3.8%, Si:1.6%, C:0.18%, Mo:2.28%, Nb:1.91%, Ta:1.7%, T1:0.28%, Fe:4.8%, RE:
0.28%, Cu:0.98%, Mn:0.006%,余量为Ni及不可避免的杂质。
[0006]作为优选，所述RE为稀土元素Y。
[0007]作为优选,所述RE为富铺混合稀土。
[0008]一种高强度镍基合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
(I)熔炼，按照前述高强度镍基合金的化学成分备料，采用真空感应、电渣重熔和真空自耗重熔的联合冶炼工艺进行冶炼；(2)铸造，对熔炼得到的金属液进行浇铸；
(3)锻造，进行常规模锻；
(4)均匀化，在112(T116(TC保温15~22h进行第一阶段的均匀化，然后再升温到118(Tll90°C，保温20~25h进行第二阶段的均匀化，然后再降温到1120~11601:保温18~2411进行第三阶段的均匀化；
(5)等温轧制，轧制温度为98(Tl030°C，轧制道次为5~8；
(6)时效热处理，将步骤(5)得到的轧制板材进行三步时效热处理，第一步为在71(T720°C保温6~8h，随后以5(T60°C /h随炉冷却至61(T620°C后，保温7~9h，空冷到室温；第二步为将板材加热到66(T680°C保温5~7h，随后以55~65°C /h随炉冷却至58(T600°C后，保温5~7h，空冷到室温；第三步为将板材加热到60(T620°C保温6~8h，随后以45~55°C /h随炉冷却至55(T570°C后，保温5~7h，空冷到室温，得到高强度镍基合金。
[0009]作为优选，所述铸造的浇铸温度为138(Tl420°C。
[0010]作为优选，所述熔炼的温度为161(Tl720°C。
[0011]本发明的效果在于:
通过对元素进行选择和具体元素的含量进行搭配，使得合金性能得到大幅提升；
通过特定的特定的制备方法，尤其是特定时效和均匀化处理，使得合金中的微观结构具有合理分布，使得不仅强度得到大幅提高，韧性也得到较好改善；
通过具体制备方法热处理 与具体合金成分和含量的配合，使得微观结构得到合理分布，使得高温性能也得到大幅提高。
【具体实施方式】
[0012]实施例1
一种高强度镍基合金，其化学成分按重量百分比含有:A1:5.8%，Cr:27%, B:3.0-4.2%，S1:1.8%, C:0.18%, Mo:1.9%, Nb:1.9%, Ta:1.6%, T1:0.71%, Fe:4.8%, Y:0.28%, Cu:0.8%,Mn:0.06%，余量为Ni及不可避免的杂质；
所述高强度镍基合金的微观结构中，Y固溶体在合金各截面所占的面积百分比为1.8%,Ni3Al相在合金各截面所占的面积百分比为0.98%,Ni3 (Al，Ti)强化相在合金各截面所占的面积百分比为1.05%, Y ’(Ni3Al)相在合金中心截面所占的面积百分比为0.03% ；所述高强度镍基合金的屈服强度为580MPa，抗拉强度790MPa，延伸率46%，20°C的冲击韧性 99J/cm2。
[0013]实施例2:
一种高强度镍基合金，其化学成分按重量百分比含有:A1:4.8%，Cr:26%, B:3.8%，Si:1.6%, C:0.18%, Mo:2.28%, Nb:1.91%, Ta:1.7%, T1:0.28%, Fe:4.8%, RE:0.28%, Cu:0.98%,Mn:0.006%，余量为Ni及不可避免的杂质；其中，RE为富铈混合稀土 ；
所述高强度镍基合金的微观结构中，Y固溶体在合金各截面所占的面积百分比为
1.25%,Ni3Al相在合金各截面所占的面积百分比为0.88%，Ni3(Al,Ti)强化相在合金各截面所占的面积百分比为1.15%，Y ’(Ni3Al)相在合金中心截面所占的面积百分比为0.032% ；所述高强度镍基合金的屈服强度为605MPa，抗拉强度811MPa，延伸率43%，20°C的冲击韧性 99J/cm2。[0014] 实施例3:
一种高强度镍基合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
(1)熔炼，按照前述高强度镍基合金的化学成分备料，采用真空感应、电渣重熔和真空自耗重熔的联合冶炼工艺进行冶炼，熔炼的温度为1640°C ；
(2)铸造，对熔炼得到的金属液进行浇铸，浇铸温度为1390°C；
(3)锻造，进行常规模锻；
(4)均匀化，在1120°C保温18h进行第一阶段的均匀化，然后再升温到1185°C，保温22h进行第二阶段的均匀化，然后再降温到1130°C保温21h进行第三阶段的均匀化；
(5)等温轧制，轧制温度为990°C，轧制道次为6；
(6)时效热处理，将步骤(5)得到的轧制板材进行三步时效热处理，第一步为在715°C保温6~8h，随后以55°C/h随炉冷却至615°C后，保温8h，空冷到室温；第二步为将板材加热到670°C保温6h，随后以60°C /h随炉冷却至590°C后，保温6h，空冷到室温；第三步为将板材加热到610°C保温7h，随后以50°C /h随炉冷却至560°C后，保温6h，空冷到室温，得到高
强度镍基合金。`
【权利要求】
1.一种高强度镍基合金，其特征在于:其化学成分按重量百分比含有:A1:3.2飞.8%，Cr:21 ~28%，B:3.0~4.2%, Si:1.2~1.9%, C:0.08~0.2%, Mo:1.8~2.8%, Nb:1.2~2.1%，Ta:1.(Tl.8%, T1:0.08、.98%, Fe:3.2^5.8%, RE:0.2^0.38%, Cu:0.8^1.2%, Mn:0.002^0.08%,余量为Ni及不可避免的杂质； 所述高强度镍基合金的微观结构中，Y固溶体在合金各截面所占的面积百分比为1.2~2.8%，Ni3Al相在合金各截面所占的面积百分比为0.8~1.1%，Ni3 (Al，Ti)强化相在合金各截面所占的面积百分比为0.58^1.25%，Y ’ (Ni3Al)相在合金中心截面所占的面积百分比为0.02~0.032% ； 所述高强度镍基合金的屈服强度为56(T610MPa，抗拉强度78(T820MPa，延伸率42~51%，20 V的冲击韧性98~102J/cm2。
2.根据权利要求1所述的高强度镍基合金，其特征在于:所述高强度镍基合金的化学成分按重量百分比含有:A1:4.8%, Cr:26%, B:3.8%, S1:1.6%, C:0.18%, Mo:2.28%, Nb:1.91%, Ta:1.7%, T1:0.28%, Fe:4.8%, RE:0.28%, Cu:0.98%, Mn:0.006%，余量为 Ni 及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的高强度捏基合金，其特征在于:所述RE为稀土元素Y。
4.根据权利要求1或2所述的高强度镍基合金，其特征在于:所述RE为富铈混合稀土。
5.一种权利要求f 4任一项所述高强度镍基合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)熔炼，按照权利要求1~4任一项所述高强度镍基合金的化学成分备料，采用真空感应、电渣重熔和真空自耗重熔的联合冶炼工艺进行冶炼； (2)铸造，对熔炼得到的金属液进行浇铸； (3)锻造，进行常规模锻； (4)均匀化，在112(T116(TC保温15~22h进行第一阶段的均匀化，然后再升温到118(Tll90°C，保温20~25h进行第二阶段的均匀化，然后再降温到1120~11601:保温18~2411进行第三阶段的均匀化； (5)等温轧制，轧制温度为98(Tl030°C，轧制道次为5~8； (6)时效热处理，将步骤(5)得到的轧制板材进行三步时效热处理，第一步为在71(T720°C保温6~8h，随后以5(T60°C /h随炉冷却至61(T620°C后，保温7~9h，空冷到室温；第二步为将板材加热到66(T680°C保温5~7h，随后以55~65°C /h随炉冷却至58(T600°C后，保温5~7h，空冷到室温；第三步为将板材加热到60(T620°C保温6~8h，随后以45~55°C /h随炉冷却至55(T570°C后，保温5~7h，空冷到室温，得到高强度镍基合金。
6.根据权利要求5所述的高强度镍基合金的制备方法，其特征在于，所述铸造的浇铸温度为 138(Tl420°C。
7.根据权利要求6所述的高强度镍基合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度为1610~1720°C。
【文档编号】C22F1/10GK103695721SQ201410018657
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】张霞 申请人:张霞