[发明专利]一种高强塑性粉末高温合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高强塑性粉末高温合金的制备方法，通过两步保温振荡压力烧结的方法，使粉末高温合金在高温石墨模具内经热场和力场的多场耦合作用，在循环压力作用下，促使粉体重排和气孔排出，从而烧结成形。本发明还公开了上述方法制备得到的粉末高温合金，其具有原始颗粒边界缺陷等级低、晶粒细化均匀、致密度高的特点。本发明得到的烧结态粉末高温合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率高达955MPa、1437MPa、31.9％，具有较高的强度和塑性。本发明还公开了上述粉末高温合金在航空发动机涡轮盘中的应用，具有良好的发展潜力。

技术领域

本发明属于粉末冶金高温合金领域，涉及一种高强塑性粉末高温合金及其制备方法和应用。

背景技术

目前，镍基高温合金具有优异的高温强度、良好的延展性与断裂韧性，已广泛应用于航空发动机涡轮盘等热端部件。粉末高温合金制备加工工艺路线主要为a.直接热等静压，b.热等静压与等温锻造结合，c.热等静压、热挤压与等温锻造结合。直接热等静压路线工艺简单、制备周期短且成本低，是未来的发展方向。但目前由于该路线未能有效解决“组织和缺陷协同控制”问题，如晶粒粗化和原始颗粒边界缺陷形成，采用该方法制备出的涡轮盘服役期间存在安全隐患，因而该方法未得到广泛应用。

为解决上述问题，热挤压和等温锻造既增加了制备成本和工序的复杂性，也存在热加工时烧结坯开裂的风险，上述问题均限制了粉末高温合金的应用。在烧结过程中解决“组织和缺陷控制”问题是促进“直接热等静压”路线制备粉末高温合金得以广泛使用的关键。因此，寻找一种克服上述问题以制备高性能粉末高温合金的方法至关重要。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种高强塑性粉末高温合金的制备方法，该方法制备得到的粉末高温合金具有原始颗粒边界缺陷等级低和晶粒细小的特点。

本发明的目的之二在于提供一种高强塑性粉末高温合金。

本发明的目的之三在于提供上述高强塑性粉末高温合金的应用。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种高强塑性粉末高温合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)取预制粉体装入模具中，然后进行冷压成型；所述预制粉体由以下重量百分比的原料组成：铬12.0-17.0％、钴7.0-14.0％、钨3.30-4.20％、铌0.05-3.50％、铝2.00-3.70％、钛2.30-3.90％、碳0.02-0.07％、锆0.025-0.070％、硼0.006-0.020％、铁≤0.50％、锰≤0.150％、硅≤0.150％、硫≤0.015％、磷≤0.015％，余量为镍；

(2)将步骤(1)冷压成型后装有预制粉体的模具放入振荡压力烧结炉中，对样品施加恒定压力P₁，升温对样品进行加热；当烧结炉内达到烧结温度T₁后进入第一阶段保温，同时升压至振荡压力中值，随后对样品施加振荡压力；第一阶段保温结束后继续升温至烧结温度T₂，进入第二阶段保温；所述振荡压力作用至第二阶段保温结束；

(3)保温结束后停止加热，降温的同时将振荡压力降压，改为恒定压力P₂直至降温结束，即得成品。

进一步地，所述步骤(2)中烧结的升温速率为8℃/min，烧结温度T₁为950～1050℃，烧结温度T₂为1100～1200℃，第一阶段、第二阶段保温时间为1～3h。

进一步地，所述步骤(2)振荡压力中值为60～100MPa，振幅±5～±10MPa，振荡频率1～10Hz。

进一步地，所述步骤(2)、(3)的恒定压力P₁、P₂均为5MPa，步骤(3)降压速率为10MPa/min。