[发明专利]发动机涡轮用ODS高温合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高温合金领域，具体为一种高温合金及其制备方法，主要适用于发动机涡轮用添加复合氧化物纳米颗粒的ODS高温合金材料及其制备方法。

背景技术

高温合金是指以铁、钻、镍为基，能在600℃以上高温下服役而研制的一类金属材料。高温合金为单一的奥氏体基体组织，拥有较高的高温强度、抗氧化和抗腐蚀性能，具有良好的组织稳定性和使用可靠性，又称热强合金和热稳定性高温合金，国外常称之为超合金(Superalloy)。

高温合金按照合金成分、组织和成型工艺不同可以有不同的分类方法。按基体元素分类，主要有镍基高温合金、钻基高温合金和铁基高温合金，此外还另有一个分支镍一铁基高温合金。按制备工艺分，可以分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末高温合金。按强化方式分类可以分为固溶强化合金和时效沉淀强化型合金，不同强化型合金有不同的热处理制度。

高温合金的发展动力来源于高温燃气轮机的需要，燃气轮机发动机，尤其是航空发动机推力及效率的日益增长，发动机工作温度的不断提高，这就要求材料必须具备更高的耐一温能力。在发动机的运行过程中，部件往往要遭受氧化及各种腐蚀，因此，要求使用的材料要具有优异的抗氧化及抗热腐蚀能力。随着冶炼、加工、防护等工艺技术的进步，高温合金的研究与应用步入了蓬勃的发展和应用时期。利用高温合金高强度性能、高温耐磨和耐腐蚀性能，目前高温合金除在航空、航天领域应用外，还广泛的应用于原子能、能源动力、交通运输、石油化工、矿山冶金、玻璃建材、造纸制浆和海水作业等领域，己成为衡量一个国家金属材料发展水平的主要标志之一。

高温合金的发展与航空发动机的进步密切相关。从20世纪30年代后期起，英、德、美等国家就开始研究高温合金。航空发动机的发展与高温合金发展是齐头并进、密不可分的，前者是后者的主要动力，后者是前者的重要保证。占据着航空发动机中温度最高，应力最复杂的位置的铸造涡轮叶片合金发展尤其是这样。40年代初，在英国由于当时Whittle喷气发动机的出现，要求比奥氏体不锈钢蠕变性能更好的板材和棒材。英国Mond公司(现称国际镍公司 )1941年生产了加入少了C和Ti的Nimonic75合金，用作短时使用的叶片材料，后来加入Al并增加Ti含量，不久发展了Nimonic80合金，并在 1942年成功地用作涡轮喷气发动机的叶片材料，这是最早发展的以Ni:(Al，Ti)强化的涡轮叶片材料。此后该公司又在合金中加入B，并调整Al、Ti含量，开发成功Nimonic80A合金，为进一步改善蠕变和持久性能，以C。替代基体中的部分Ni，发展了Nimonic90合金，又加入Mo得到Nimoniel00等合金，形成Nimonie系统。

我国从1956年成功地熔炼出第一炉GH4030合金开始，上个世纪60年代相继研制了GH4037、K406等。通过近60年的发展，抗氧化高温合金的研制和开发目前主要集中在镍基或铁基高温合金上。其发展的历程与国际接轨，即遵从变形合金、铸造合金和定向单晶合金的发展道路，使中国成为继美、苏、英之后第四个在世界上形成独立高温合金体系的国家。

作为固定叶片和连接叶片与涡轮轴的核心部件，涡轮盘的可靠性和使用性能至关重要，这就对涡轮盘的生产，尤其是热加工提出了极高的要求。为提高合金的承温能力，目前采用降低Cr、提高难熔元素总量(W，Nb，Ta，Re，Mo等)和沉淀强化相γ′含量的合金设计方法。随着涡轮盘的合金化程度不断提高，严重的偏析使热加工性能恶化，低周疲劳性能降低，疲劳裂纹容易扩展。

氧化物弥散强化(Oxide Dispersion Strengthened，ODS)高温合金是将细小的氧化物颗粒弥散分布于基体合金中，实现弥散强化的一种粉末高温合金，是高温合金的一个重要发展方向。常用的氧化物是活泼金属的氧化物，如Y₂O₃、ThO₂等，它们具有高硬度和良好的热稳定性和化学稳定性，其强化效果可以维持到接近合金熔点温度(0.9Tm)，这些超细的氧化物是高温下强化基体的最佳弥散相。

发明内容

本发明的目的在于提供发动机涡轮用添加复合氧化物纳米颗粒的ODS高温合金材料及其制备方法，具有优异的可加工性能和高的承温能力，能满足航空发动机对涡轮盘材料的需要。

本发明的技术方案完整一体，每个参数均是经过严格控制，使得产品质量得到保证。