[发明专利]一种钴基变形高温合金及其制备方法

说明书

一种钴基变形高温合金及其制备方法，属于高温合金技术领域。其合金化学成分按重量百分比为：Cr 9～13％，Ni 20～25％，W 13～18％，Al0.5～4％，Ti 0.5～2.5％，Mo 1～2％，V 0.2～0.8％，C 0.05～0.2％，RE 0.05～0.15％，Mn 0.5～1.5％，Si 0.3～0.8％，B 0.002～0.015％，Zr 0.01～0.12％，余量Co；Al+Ti+V≤6％，其中RE为Ce、La和Y中任一种稀土元素。该合金的制备工艺为将原材料按照比例配料熔炼，锻造电极棒进行重熔，重熔合金锭进行均匀化退火，而后进行锻造，制备成合金棒材，合金棒材进行固溶和时效热处理。优点在于，所制备合金棒材具有高的高温强度、良好的热加工和抗氧化性能。

技术领域

本发明属于高温合金技术领域，涉及一种钴基变形高温合金及其制备方法，制备出强度高、热加工性能好、抗氧化性能良好的钴基变形高温合金。

背景技术

高温合金一般使用在600℃以上高温，承受较大的复杂应力，使用环境极为苛刻。因其具有高的高温强度、良好的抗氧化腐蚀性能、优异的抗蠕变和疲劳性能，以及良好的长期组织稳定性和使用可靠性等综合性能，被广泛应用在航空发动机和工业地面燃气轮机的关键热端部件上。以固溶强化和碳化物强化为主的钴基高温合金是在上世纪三十年代到五十年代期间开发的，并率先在航空发动机热端部件上得到应用。钴基高温合金相比于镍基高温合金具有以下优点：高的熔点、更好的抗氧化、抗腐蚀、抗热疲劳和焊接性能。但是，传统钴基高温合金仅依靠固溶强化和碳化物强化，其高温强度和承温能力显著低于有γ′析出相强化的镍基高温合金，因此钴基高温合金的应用受到了很大的限制。尤其是在钴基变形高温合金方面，可选用的材料屈指可数。

直到2006年，Sato等人在Co-Al-W三元铸造合金体系中发现了与镍基高温合金相似的γ′析出强化相，其溶解温度达到990℃，预示着其高温强度和承温能力将显著提高，这是传统钴基高温合金不具备的[Sato J,Omori T,Oikawa K,et al.Cobalt-base hightemperature alloys[J].Science,2006,312(5770):90-91.]。随后，其他学者研究表明：Co-Al-W基多晶和单晶合金在850℃和900℃的蠕变性能分别与镍基多晶合金IN100和第一代镍基单晶高温合金RenéN4相当。因此，这种新型钴基合金表现出巨大的发展潜力，并有可能成为新一代的高温结构材料，从而迅速成为国际高温合金界的研究热点。但是，截止目前，已有的新型钴基高温合金主要以低主元(3～5元)的简单成分为主，只有德国S.Neumeier课题组、英国D.Dye课题组、美国Carpenter Technology公司以及付华栋和冯强课题组对多组元钴基变形高温合金成分进行了报道。S.Neumeier课题组的钴基变形高温合金中γ＇强化相形成元素如Al、Ti、Ta的总含量在4.8～9.1％[Neumeier S,Freund L P,M.Novel wroughtγ/γ′cobalt base superalloys with high strength and improvedoxidation resistance[J].Scripta Materialia,2015,109:104-107.]。英国D.Dye课题组的钴基变形高温合金的成分特点是高的Ni、Al、Cr含量，其中Ni含量与Co含量相当，Al、Cr总量超过17.7％，γ＇强化相形成元素如Al、Ta的总含量为7.8％[Knop M,Mulvey P,IsmailF,et al.A new polycrystalline Co-Ni superalloy[J].JOM,2014,66(12):2495-2501.]。美国Carpenter Technology公司的钴基变形高温合金的成分特点是高的Ni、Al、Ti，低Cr，抗氧化元素Al、Cr总量达到13.5％，γ＇强化相形成元素如Al、Ti的总含量接近7.0％[Forsik S A J,Rosas A O P,Wang T,et al.High-Temperature OxidationBehavior of a Novel Co-Base Superalloy[J].Metallurgical and MaterialsTransactions A,2018,49(9):4058-4069.]。付华栋课题组的钴基变形合金的成分特点是强调了合金元素Mo的作用，用Mo替换部分W元素，用于降低合金密度，但众所周知，Mo对合金的高温抗氧化性能不利[付华栋，谢建新，张毅，一种低密度、高组织稳定性的钴基高温合金及其制备方法]。冯强课题组的钴基变形高温合金的成分特点是在保证合金组织稳定性的前提下,通过增加Al、Cr含量，增加Al、Ti、Ta、Nbγ＇强化相形成元素含量来提高合金强度，Al、Ti、Ta、Nb元素含量之和为4.5～19.5％[CN 109321786 A，一种钴基高温合金及其制备方法]。