[发明专利]一种定向凝固镍基高温合金、透平叶片和燃气轮机

说明书

本发明提供一种定向凝固镍基高温合金，所述镍基高温合金的成分包括：8.5～10.5wt％Co；13.7～14.3wt％Cr；4.0～4.4wt％Al；2.5～2.9wt％Ti；1.1～1.4wt％Ta；1.55～1.75wt％Nb；3.75～4.25wt％W；1.3～1.7wt％Mo；0.08～0.11wt％C；0.008～0.012wt％B；0.03～0.07wt％Zr，其余为Ni。调节了Al、Ti、Ta、W含量，特别添加了Nb元素，使合金具有稳定的组织，抗氧化性和力学性能更优。

技术领域

本发明涉及高温合金技术领域，具体地，涉及一种定向凝固镍基高温合金、透平叶片和燃气轮机。

背景技术

燃气轮机是关乎国防安全、能源安全和保持工业竞争力的战略产业，是一个国家科技和工业整体实力的重要标志之一，透平叶片作为重型燃气轮机的核心部件之一，工作温度极高，需要承受的应力大且复杂多变，需要材料具有优异的综合性能及较长的寿命。透平叶片的使用温度主要取决于材料的蠕变强度；为了使叶片能够承受高热循环载荷，叶片材料必须具有优异的冷热疲劳性能。由于透平叶片的工作温度极高，叶片材料必须具有良好的抗热腐蚀性能和抗氧化性能；工业燃气轮机的寿命比航空发动机的寿命要长得多，达几万甚至几十万小时，叶片材料应具有良好的组织稳定性，保证叶片能够长时间可靠运行。

为了满足燃气轮机进气温度不断提高的市场需求，国内外燃气轮机制造商都非常重视透平叶片材料的研发。国外燃气轮机叶片使用的材料经历了从传统等轴晶铸造合金到定向柱晶的发展过程，分别建立了独特的叶片材料体系。其中通用电气的GTD111、阿尔斯通的CM247LC和三菱的MGA1400作为各自体系的代表，是燃机叶片材料应用较广泛的典型牌号。上述合金虽然均有良好的承温能力和较好的综合性能，但是还存在一些缺陷。如CM247LC的Cr含量较低，耐腐蚀性较差；GTD111合金中Ti含量较高，造成凝固前沿Ti元素偏析，促进η相(富Ti的针状有害相的一种类型)的形成，导致合金机械性能下降，严重时甚至会造成裂纹，且MC碳化物稳定性差，其分解过程中造成晶界粗化等不利影响。MGA1400中的Ta较高，易析出TCP不稳定相，长期服役后组织出现退化，性能降低。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种定向凝固镍基高温合金、透平叶片和燃气轮机，以便解决现有技术中燃气轮机的透平叶片使用材料具有的耐腐蚀性差、稳定性差等技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种定向凝固镍基高温合金，所述镍基高温合金的成分包括：8.5～10.5wt％Co；13.7～14.3wt％Cr；4.0～4.4wt％Al；2.5～2.9wt％Ti；1.1～1.4wt％Ta；1.55～1.75wt％Nb；3.75～4.25wt％W；1.3～1.7wt％Mo；0.08～0.11wt％C；0.008～0.012wt％B；0.03～0.07wt％Zr，其余为Ni。

可选地，所述镍基高温合金包括4.1～4.3wt％Al。

可选地，所述镍基高温合金包括2.6～2.8wt％Ti。

可选地，所述镍基高温合金包括1.1～1.3wt％Ta。

本发明还提供一种透平叶片，使用前述的镍基高温合金材料。

本发明还提供一种燃气轮机，包括前述的透平叶片。

本发明提供的一种定向凝固镍基高温合金，调节了Al、Ti、Ta、W含量，特别添加了Nb元素，使合金具有稳定的组织，抗氧化性和力学性能更优。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例WZ-D1的DTA升温曲线；