[发明专利]一种具有高裂纹扩展抗力的镍基粉末冶金高温合金

说明书

技术领域

本发明属于镍基粉末冶金高温合金制备领域，特别是涉及一种具有高裂纹扩展抗力的镍基粉末冶金高温合金。 

背景技术

采用粉末冶金技术生产的高温合金具有晶粒细小、组织均匀、无宏观偏析、热加工性能和力学性能良好等优异特性，在航空航天领域先进发动机涡轮盘等热端部件中有着广泛应用，裂纹扩展速率是涡轮盘损伤容量设计和寿命预测的重要指标之一。影响裂纹扩展速率的因素可分为外部因素和内部因素两大类：外部因素指材料的工作条件，如温度、频率、应力比、保载时间等；内部因素指材料组织和性能，如材料的晶粒度、晶界弯曲程度及化学成分等。 

本发明是在镍基粉末冶金高温合金中加入微量元素Hf，使合金中主要相的组成、尺寸和数量发生变化，提高合金的裂纹扩展抗力。 

发明内容

本发明是通过在镍基粉末冶金高温合金中加入微量元素Hf 得到具有高裂纹扩展抗力的镍基粉末冶金高温合金，包括： 

(1) 一种具有高裂纹扩展抗力的镍基粉末冶金高温合金，按质量百分比含量为：Co12.9%、Cr15.7%、W4.0%、Mo4.0%、Al2.2%、Ti3.8%、Nb0.8%、C0.04%、Zr0.04%、Hf0.3~0.6%、余量为Ni；所述高温合金中第二强化相γ′相组成为(Ni_0.94Co_0.06)₃(Al_0.457~0.462Ti_0.483~0.487Nb_0.042~0.043Hf_0.008~0.018)，二次γ′相平均尺寸为180~220nm，二次γ′相占总γ′相的质量分数为49.6~53.2%，三次γ′相占总γ′相的质量分数为46.8~50.4%。 

(2) 所述高温合金中MC型碳化物组成为(Ti_0.64~0.69Nb_0.25~0.26Hf_0.04~0.09Zr_{0.0078~0.0080})C，质量分数为0.22~0.23%。 

(3) 所述的具有高裂纹扩展抗力的镍基粉末冶金高温合金采用等离子旋转电极制备合金粉末，粉末粒度范围为50~150μm。 

(4) 所述的具有高裂纹扩展抗力镍基粉末冶金高温合金，所述Hf含量为0.6%。 

经过特定的热处理使得合金微观结构具有非常不同的形式，从而微观结构的改变，大大改变了该合金的性能。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明作进一步的说明。 

(1) 镍基粉末冶金高温合金Alloy-1按质量百分比含量为：Co12.9%、Cr15.7%、W4.0%、Mo4.0%、Al2.2%、Ti3.8%、Nb0.8%、C0.04%、Zr0.04%、余Ni。其经过等离子旋转电极制粉、粉末粒度范围为50~150μm，经过相同的热等静压之后，进行固溶热处理，将冷轧后的合金板材在箱式电阻炉中进行固溶热处理，固溶温度为860-880℃，保温时间为2.8~4.8h，水淬；时效热处理：分为如下五步：时效温度为315~330℃，保温时间为12~28min，水淬；再加热到410~430℃进行第二次时效处理，时效时间为1.9~2.1h，水淬；再加热到480~495℃进行第三次时效，时效时间为2~2.5h，水淬；再加热到520~550℃进行第四次时效，时效时间为5~8h，水淬；再加热到580~620℃进行第五次时效，时效时间为10~12h，水淬，得到成品。检测得到其微观组织为：合金中第二强化相γ′相组成为(Ni_0.94Co_0.06)₃(Al_0.463Ti_0.493Nb_0.044)，二次γ′相平均尺寸为100nm，二次γ′相占总γ′相的质量分数为68.8%，三次γ′相占总γ′相的质量分数为31.2%；碳化物组成为(Ti_0.76Nb_0.23Zr_0.009)C，质量分数为0.18%