一種耐高溫合金材料、其制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及合金材料，尤其涉及一種耐高溫合金材料、其制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 在航空技術(shù)領(lǐng)域，航空發(fā)動機燃燒室部件的工作環(huán)境對使用材料提出了苛刻的要 求。
[0003] 首先是高溫:航空噴氣發(fā)動機從壓氣機到尾噴管，各零部件在一定溫度下工作，有 些零件要在800°C以上的條件下長期工作；
[0004] 其次是高應(yīng)力：一些高溫部件，由于震動、氣流的沖刷，特別是旋轉(zhuǎn)造成的離心作 用，將承受較大的應(yīng)力，如渦輪葉片的應(yīng)力可達300~409Mpa。
[0005] 再次是氧化和腐蝕等化學(xué)作用:燃氣中存在大量的氧、水氣，并存在S02、H2S等腐蝕 性氣體，都對高溫零件起氧化和腐蝕作用。
[0006] 而且，隨著航空燃氣渦輪發(fā)動機的發(fā)展，推重比的增加，發(fā)動機部件的工作環(huán)境日 益苛刻。以渦輪進口溫度為例，現(xiàn)役機種為1600K左右，在研機種達到1850~1950K，預(yù)研機 種將高達2250~2350K。發(fā)展更高推重比的燃氣渦輪發(fā)動機，首要任務(wù)是研制使用性能優(yōu)異 的耐高溫材料。
[0007] 現(xiàn)有的很多關(guān)于耐高溫材料的報道，比如申請?zhí)枮?01110125242. X，發(fā)明名稱為 "一種Cr改性的高Mo的M3A1基單晶高溫合金及其制備方法"的中國專利，該單晶高溫合金 性價比高、使用壽命長、抗氧化腐蝕性能優(yōu)異，耐1100~1200°C高溫下的氧化腐蝕;又比如 申請?zhí)枮?01010296131.0發(fā)明名稱為"一種含稀土元素的鎳鈷基高溫合金及其制備方法" 中國專利，該專利申請的合金具有優(yōu)異的可加工性能以及室溫至高溫拉伸強度，持久性能 與高性能鑄鍛高溫合金TMW相當(dāng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的之一，就在于提供一種耐高溫合金材料，以解決上述問題。
[0009] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的：一種耐高溫合金材料，其化 學(xué)組成，按重量百分比計為：
[0010] C(碳）0.05 ~0.15%
[0011] Cr(鉻）20.5 ~23.00%
[0012] Mo(鉬）8.00 ~10.00%
[0013] Co(鈷）0.50 ~2.50%
[0014] W(鎢）0.20 ~1.00%
[0015] Fe(鐵）17.00 ~20.00%
[0016] B(硼）0.001 ~0.010%，
[0017] 余量為Ni (鎳）。
[0018]作為優(yōu)選的技術(shù)方案:所述材料中，所含的雜質(zhì)，按質(zhì)量百分比計：
[0019] P<〇.〇25% S<0.015%
[0020] Μη < 1.00% Si <1.00%
[0021] Cu<0.50%。
[0022] 本發(fā)明的目的之二，在于提供一種上述的耐高溫合金材料的制備方法，采用的技 術(shù)方案為:包括以下步驟：
[0023] (1)按組分比例稱量原料，然后進行熔煉，熔煉溫度1450~1470°C，溶液澆注成自 耗電極；
[0024] 在熔煉過程中調(diào)節(jié)各元素的含量，使其重量比符合設(shè)計要求，控制雜質(zhì)元素的含 量盡量低；
[0025] (2)將步驟（1)所得的自耗電極進行重熔精煉，重熔成電渣錠，其目的是進一步降 低雜質(zhì)元素的含量，使其符合設(shè)計要求；
[0026] (3)將步驟(2)所得的電渣錠加熱至1140~1160°C，保溫2~3小時，開始鍛造，得到 鋼棒;然后冷卻至室溫，再進行表面處理，即得。
[0027]其中，進行表面處理時，對鋼棒表面進行車光處理，消除表面缺陷并使鋼棒尺寸、 形狀、表面質(zhì)量滿足設(shè)計要求，制得成品鋼棒。
[0028]作為優(yōu)選的技術(shù)方案:步驟(1)中，熔煉時在真空感應(yīng)爐中進行。
[0029]作為優(yōu)選的技術(shù)方案:步驟(2)在電渣爐中進行。
[0030] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案:步驟(2)中冷卻方式為空冷。Ni基高溫合金冷卻過程中沒有 相變，所以優(yōu)選采用空冷。
[0031] 本發(fā)明的目的之三，在于提供一種上述合金材料的應(yīng)用，即將所述合金材料用于 制作航空發(fā)動機燃燒室部件。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明的合金材料具有優(yōu)異的耐高溫性能 和力學(xué)性能，室溫（25°C)的抗拉強度〇b2 700N/mm2;屈服強度〇Q.22 320N/mm2;伸長率δ5> 50%;高溫(816±3°〇蠕變斷裂試驗2 1031^/1111112斷裂時間2 2511伸長率652 60%，同時具有 良好抗氧化性，耐腐蝕性，適宜于900°C以下長期使用的航空發(fā)動機燃燒室和加力燃燒室零 部件，具有良好的焊接性能和冷、熱加工成形性。
【具體實施方式】
[0033]下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0034]實施例1-5:
[0035] 采用不同含量的元素，制得合金材料，一共采用了 5種不同的配方，各元素的組成 見表1，表1中，均為質(zhì)量百分含量值。
[0036] 表1實施例1-5中各種元素的組成
[0037]
[0038] 明食/Η古：
[0039] (1)按照表1取所需化學(xué)元素，在真空感應(yīng)爐冶煉，熔煉過程中調(diào)節(jié)化學(xué)元素的含 量，使其重量百分比如表1:
[0040] 并控制雜質(zhì)元素的含量盡量低，溶液澆注成自耗電極；
[0041] (2)將步驟（1)所得的自耗電極于電渣爐中重熔精煉，進一步降低雜質(zhì)元素的含 量，使其符合下述要求：
[0042] C 0. 0:5~0.15(重量百分比） Cr W, 5"23, 00 (重量百分比） Mo 8, 0_0 .1.0. 00..(重量百分比.).Co. 0, 50 2.· 50:(重量百分比）
[0043] W 0. 2(TL00 (重量百分比) Fe 17. 00^20, 00 (重量百分比） B 0.00廣〇, 010 (重量百分比)
[0044] 余量是Ni及不可避免的雜質(zhì)；
[0045] 取樣分析各組分含量合格后，制成電渣錠。
[0046] (3)將步驟(2)所得的電渣錠加熱鍛造制成鋼棒，步驟及工藝參數(shù)如下；
[0047] 將鋼棒加熱至1140~1160°C，保溫2~3小時，開始鍛造;鋼棒鍛后空冷至室溫；鋼 棒表面處理，對成品鋼棒表面進行車光處理，消除表面缺陷并使鋼棒尺寸、形狀、表面質(zhì)量 滿足設(shè)計要求，制得成品鋼棒。
[0048] 實施例6
[0049] 材料性能測試
[0050] 在成品鋼棒上取樣檢驗力學(xué)性能，進行對應(yīng)的力學(xué)性能試驗；
[0051 ]--試樣熱處理步驟及工藝參數(shù)如下：
[0052] 固溶:加熱溫度1150 ± 14°C時間10~30Min冷卻方式:水冷
[0053]將實施例1-5所制得的成品鋼棒進行性能測試
[0054] 經(jīng)室溫拉伸試驗，結(jié)果表明其力學(xué)性能完全達到設(shè)計要求，試驗結(jié)果如下：
[0055] 室溫拉伸：
[0056]
[0057] 蠕變斷裂試驗：
[0058]
[0060] 從上述結(jié)果可以看出，用本材料制造的航空用發(fā)動機部件，能夠滿足發(fā)動機部件 工作環(huán)境的使用要求。
[0061] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種耐高溫合金材料，其特征在于:其化學(xué)組成，按重量百分比計為： C 0.05~0.15% Cr 20.5~23.00 % Mo 8.00~10.00% Co 0.50~2.50% W 0.20~1.00% Fe 17.00 ~20.00% B 0.001 ~0.010%， 余量為Ni。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫合金材料，其特征在于:所述材料中，所含的雜質(zhì)，按質(zhì) 量百分比計： P<0.025% S<0.015% Μη < 1.00% Si <1.00% Cu《0.50%〇3. 權(quán)利要求1或2所述的耐高溫合金材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟： (1) 按組分比例稱量原料，然后進行熔煉，熔煉溫度1450~1470°C，溶液澆注成自耗電 極； (2) 將步驟(1)所得的自耗電極進行重熔精煉，重熔成電渣錠； (3) 將步驟(2)所得的電渣錠加熱至1140~1160°C，保溫2~3小時，開始鍛造;然后冷卻 至室溫，再進行表面處理，即得。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高溫合金材料的制備方法，其特征在于:步驟(1)中，熔煉時 在真空感應(yīng)爐中進行。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高溫合金材料的制備方法，其特征在于：步驟(2)在電渣爐 中進行。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高溫合金材料的制備方法，其特征在于：步驟(2)中冷卻方 式為空冷。7. 權(quán)利要求1或2所述的耐高溫合金材料的應(yīng)用，其特征在于，將所述合金材料用于制 作航空發(fā)動機燃燒室部件。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐高溫合金材料，屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，其化學(xué)組成，按重量百分比計為：C？0.05～0.15％、Cr？20.5～23.00％、Mo？8.00～10.00％、Co？0.50～2.50％、W？0.20～1.00％、Fe？17.00～20.00％、B？0.001～0.010％，余量為Ni，還公開了上述材料的制備方法和應(yīng)用；本發(fā)明的合金材料具有優(yōu)異的耐高溫性能和力學(xué)性能，室溫(25℃)的抗拉強度σb≥700N/mm2；屈服強度σ0.2≥320N/mm2；伸長率δ5≥50％；高溫(816±3℃)蠕變斷裂試驗≥103N/mm2斷裂時間≥25h伸長率δ5≥60％。
【IPC分類】C22C19/05, C22C1/02, C22C30/00
【公開號】CN105648277
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】廖云虎, 雷德江, 劉永新, 黃志永, 張華國, 丁勇
【申請人】四川六合鍛造股份有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年3月23日