[发明专利]一种Ni‑Fe基高温合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温合金材料领域，特别涉及一种Ni-Fe基高温合金材料及其制备方法。

背景技术

纳米级二氧化钛的制备方法主要包括物理法和化学法，物理法主要包括溅射法、热蒸发法及激光蒸发法，化学法主要包括液相法和气相法，液相法主要包括均匀沉淀法和溶胶-凝胶法，气相法主要包括TiCl₄气相氧化法，目前一般采用TiCl₄气相氧化法来制备纳米二氧化钛。TiCl₄气相氧化法一般是以氮气作为TiCl₄的载气，以氧气作为氧化剂，在高温管式反应器中进行氧化反应，经气固分离，获得纳米级二氧化钛粉体，在此过程中，停留时间和反应温度对二氧化钛的粒径和粒径有影响。反应温度越高，晶界扩散速率越快，烧结驱动力越大，进而导致粒子表面积越小，粒径增大。在实际生产中，氧气需要预加热到800℃以上才能与气相的TiCl₄混合反应，将氧气预热至 800℃以上需要设置一个庞大且复杂的预热系统，传统的预热系统不仅造价高，其预热效率也相对较低，预热时间长，对预热设备要求高，例如，喷射燃料的烧嘴就需要能够长时间承受850℃以上的高温下不变形，抗烟气腐蚀性能高，同时需要在高温下保持高强度的高温力学性能，而传统的烧嘴在实际使用过程中均会出现“过烧”和“热裂”现象，导致烧嘴的使用周期较短，一般为设计周期的1/2，需要时常更换烧嘴，这无疑增加了预热炉的运行成本。

高温合金是指以铁、钴、镍为基体相，能在600℃以上高温下服役而研制的一类金属材料。高温合金一般为单一的奥氏体基体组织，拥有较高的高温强度、抗氧化和抗腐蚀性能，具有良好的组织稳定性和使用可靠性，又称为热强合金和热稳定性高温合金，国外常称之为超合金。

高温合金的发展动力来源于高温燃气轮机的需要，燃气轮机发动机，尤其是航空发动机推力及效率的日益增长，发动机工作温度的不断提高，这就要求材料必须具备更高的耐温能力。传统使用的高温合金材料主要为铁素体耐热钢和奥氏体耐热钢，这些钢种在蒸汽温度达到700℃以上时，其综合性能都不能满足设计需要，其高温力学性能、抗蒸汽氧化性能和抗烟气腐蚀性能均不及预期，进而导致高温燃气轮机的相关部件出现裂纹和变形。由于预热炉所用的烧嘴需要承受850℃以上的高温，如果高温合金材料的高温力学性能和抗烟气腐蚀性能得不到提升，其制造而成的烧嘴还是会出现上述的“过烧”和“热裂”现象。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种烧嘴用Ni-Fe基高温合金材料及其制备方法，以解决用高温合金材料制造而成的烧嘴在800℃以上时，出现的“过烧”和“热裂”现象。

本发明采用的技术方案如下：一种Ni-Fe基高温合金材料，其特征在于，按质量百分比计，所述高温合金材料包括以下合金元素：C：0.04-0.05%、Fe：19.0-21.0%、Cr：19.5-20.5%、Al:0.90-1.05%、Ti：2.65-2.80%、V：0.20-0.30%、Mo：2.0-2.5%、Nb：1.50-1.70%、Y+Ce：0.046-0.058%、B：0.003-0.006%，余量为Ni及其它杂质。

在本发明中，通过试验研究得到，Y和Ce可明显提高合金的持久性能和抗高温氧化性能，提高合金表面氧化膜的热稳定性能，进而使合金能够抵抗烟气的腐蚀，V的主要作用是可以细化合金组织晶粒，提高其强度和韧性，V的加入并未对上述的高温合金带来明显地副作用，由此证明将V引入高温合金中是成功的，而且，V与C在基体中形成了钒碳化物，由此还提高了高温合金的抗氢腐蚀能力，进而使高温合金在高温高压下不易产生裂纹和变形。

进一步，高温合金材料包括质量分数小于0.024%的P和S。

作为优选，按质量百分比计，所述高温合金材料包括以下合金元素：C：0.047%、Fe：20.3%、Cr：19.9%、Al:0.96%、Ti：2.74%、V：0.25%、Mo：2.3%、Nb：1.63%、Y+Ce：0.051%、B：0.005%，余量为Ni及其它杂质。

本发明还包括一种Ni-Fe基高温合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1）按组分百分比称取原料，采用现有冶炼高温合金的制备工艺，在真空感应炉中于1500℃下进行熔炼，溶液浇注成合金铸坯；

2）将合金铸坯进行表面清理，然后置于真空加热炉内加热至810-820℃并去除合金铸坯表面的氧化皮，得到锻造原坯，其中升温速率控制在120℃/h；