[发明专利]一种Co-M-C合金及其采用液态金属冷却法制备Co-M-C合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钴基高温合金，更特别地说，是指一种Co-M-C高温合金，以及采用液态金属冷却法制备Co-M-C合金的方法。

背景技术

为了满足航空发动机及工业燃气涡轮机对材料的苛刻要求，研制了钴基、铁基、镍基高温合金。相对于铁基、镍基高温合金，钴基高温合金有如下特点：(1)高温强度高于铁基、镍基合金；(2)抗高温氧化和耐热腐蚀性能优于铁基、镍基合金；(3)使用温度高于铁基、镍基合金，在镍基合金的基础上提高55℃左右；(4)钴基高温合金具有平坦的持久、时间-温度性能参数，对于高温低应力工作条件下的静部件具有重要价值；(5)钴基高温合金导热性高，并且热膨胀系数较低，适合于制造长期服役并要求抗热疲劳性能好的大截面高温部件。

传统快速凝固法采用水作为冷却介质，冷却速度以及温度梯度较低(30℃/cm～80℃/cm)，而钴基合金中含有大量难熔元素如W、Mo、Ta等以及大量碳化物，难熔元素在凝固过程中造成组织不均匀和成分偏析及碳化物尺寸大和分布不均匀，影响了合金的使用寿命。

液态金属冷却法是在快速凝固法的基础上，将抽拉出的铸件部分浸入具有高导热系数的高沸点、低熔点、热容量大的液态金属中。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种Co-M-C高温合金，该Co-M-C高温合金中的M是指铬Cr、镍Ni、钨W、钼Mo、铝Al、钛Ti、钽Ta、锆Zr或者硼B金属元素中的一种或者两种以上的组合。

本发明的另一目的是提出一种采用液态金属冷却法制备Co-M-C合金的方法，该方法中的液态金属为镓铟合金或者锡合金，通过控制冷却速度、固液界面的温度梯度，能够制备出一次枝晶间距小、组织均匀、低偏析的、性能优良的Co-M-C高温合金。

本发明采用液态金属冷却法制备Co-M-C合金的方法，其步骤有：

步骤一：制液态金属

(A)将质量百分比纯度为99.99％的镓和质量百分比纯度为99.99％的铟加热至80℃～200℃下，反应呈液态镓铟，然后将液态镓铟倒入定向凝固炉的冷却罐中作为冷却介质；

用量：1000g的镓中加入100～300g的铟；

或者(B)将质量百分比纯度为99.99％的锡加热至80℃～200℃下，反应呈液态锡，然后将液态锡倒入定向凝固炉的冷却罐中作为冷却介质；

步骤二：制备Co-M-C圆柱棒

按Co-M-C高温合金的质量百分比用量称取各元素，并放入真空感应炉中，在真空度1×10^-2Pa～5×10^-4Pa、熔炼温度1600℃下熔炼5～15min后制得锭材；

然后采用线切割方法将锭材切割成φ15mm×200mm的Co-M-C圆柱棒；

Co-M-C高温合金的质量百分比用量为：

步骤三：液态金属冷却制定向Co-M-C高温合金棒

将步骤二制得的Co-M-C圆柱棒放入定向凝固炉的99瓷陶瓷模壳中；

在真空度1×10^-2Pa～5×10^-4Pa、单晶炉内温度至1600℃～1650℃下保温5～10min待合金棒材完全熔化；

然后将熔化后的Co-M-C高温合金以2～15mm/min的速度通过液态金属冷却罐进行拉晶处理，拉晶时的温度梯度为260℃/cm～300℃/cm，拉晶结束后，随炉冷却至室温，制得具有[001]取向的Co-M-C高温合金。

本发明的一种采用液态金属冷却法制备Co-M-C高温合金的方法优点在于：(1)大幅度降低合金的元素偏析，减小一次枝晶间距，控制碳化物形貌及含量。(2)在高温条件，具有很高的高温持久强度和塑性，其在980℃/83MPa条件下高温持久性能可达到226.7小时。

附图说明

图1是Co-Cr-Ni-W-Mo-Al-Ti-Ta-Zr-B-C高温合金的金相照片。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明的一种Co-M-C高温合金，该Co-M-C高温合金中的金属元素M是指铬Cr、镍Ni、钨W、钼Mo、铝Al、钛Ti、钽Ta、锆Zr和硼B中的一种、两种或者两种以上的组合，该Co-M-C高温合金的质量百分比用量为：

本发明采用液态金属冷却法制备Co-M-C合金的方法，其步骤有：

步骤一：制液态金属