[发明专利]一种Ni-Co-Cr系单晶高温合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种Ni‑Co‑Cr系单晶高温合金及制备方法，属于镍基高温合金技术领域。本发明提供的Ni‑Co‑Cr系单晶高温合金包括以下原子百分比的元素：Al 6～8％、Ti 7～9％、13％≤Al+Ti≤17％、Cr 12～15％、Co 18～23％、W 1.5～2％和余量的Ni；在相组成上，所述Ni‑Co‑Cr系单晶高温合金包括γ基体和γ′相，所述γ′相的体积分数为60～63％。本发明提供的Ni‑Co‑Cr系单晶高温合金具有较高的γ′相体积分数，消除了晶界并提高了合金的高温性能。

技术领域

本发明涉及镍基高温合金技术领域，尤其涉及一种Ni-Co-Cr系单晶高温合金及其制备方法。

背景技术

镍基高温合金因其具有优异的高温力学性能、组织稳定性以及抗热腐蚀性能被广泛应用在航空航天领域。为了进一步提高其高温性能，目前的主要方法为提高合金中难熔元素含量，如Mo、W、Re等。但是较高含量的难熔元素导致合金在服役过程中易析出脆性拓扑密排相(TCP相)而损害合金的力学性能，同时还使合金的密度及成本提高。

高熵高温合金(即通过γ′相强化的高熵合金)，因其组织类似于传统的镍基高温合金，同时具备由较高合金体系构型熵而带来的高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应以及鸡尾酒效应，使得高熵高温合金具有较大的成分调整空间和优异的组织稳定性。如Co_37.6Ni_35.4Al_9.9Mo_4.9Cr_5.9Ta_2.8Ti_3.5(at％)高熵高温合金在900℃、950℃、1000℃下分别进行1000h、1000h、500h长期热暴露后仍保持稳定的γ/γ′组织且没有脆性TCP相析出。但是高熵高温合金的γ基体会溶解更多的Al、Ti等γ′相形成元素，从而导致γ′相的体积分数较低，降低γ′相强化效果，进而导致合金强度较低，如Ni₃₀Co₃₀Fe₁₃Cr₁₅Al₆Ti₆高熵高温合金，即使γ′相形成元素Al、Ti原子百分比达到12％，γ′相的体积分数仅为38.8％。另外，目前大部分高熵高温合金为通过电弧熔炼或者感应熔炼制备得到的多晶合金，而多晶高熵高温合金在进行高温服役时，Al和Ti元素易在晶界处偏聚形成脆性金属间化合物(β相)，消耗大量γ′相形成元素，同时γ基体和β相形成的非共格界面易产生应力集中从而产生裂纹。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ni-Co-Cr系单晶高温合金及制备方法，本发明提供的Ni-Co-Cr系单晶高温合金具有较高的γ′相体积分数，消除了晶界并提高了合金的高温性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种Ni-Co-Cr系单晶高温合金，包括以下原子百分比的元素：Al 6～8％、Ti 7～9％、13％≤Al+Ti≤17％、Cr 12～15％、Co 18～23％、 W 1.5～2％和余量的Ni；在相组成上，所述Ni-Co-Cr系单晶多组元高温合金包括γ基体和γ′相，所述γ′相的体积分数为60～63％。

优选的，包括以下原子百分比的元素：Al 6～8％、Ti 7～9％、13％≤Al+Ti ≤17％、Cr 12～15％、Co 19～20％、W 1.5～2％和余量的Ni。

优选的，晶粒取向为001。

本发明提供了上述方案所述Ni-Co-Cr系单晶高温合金的制备方法，包括以下步骤：

对应Ni-Co-Cr系单晶高温合金的元素组成，将各制备原料进行熔炼和精炼，得到母合金锭；

利用籽晶法将所述母合金锭制备成单晶合金；

将所述单晶合金进行固溶处理，得到固溶合金；