[发明专利]镍基超合金及制品

说明书

本申请是申请日为2010年9月28日，申请号为201010507984.4，发明名称为“镍基超合金及制品”的发明专利申请的分案申请。

发明背景

本发明公开涉及镍基合金、基于所述合金的制品以及制备所述制品的方法。

燃气涡轮发动机在极端环境中操作，发动机部件(特别是在涡轮区段中的那些)暴露于高工作温度和应力。为了使涡轮部件能承受这些条件，这些部件必须由能承受这些苛刻条件的材料制造。由于其在最高达90％的熔化温度下将保持其强度，并具有优异的耐环境性能，故超合金被应用于这些高要求的应用中。镍基超合金特别广泛地用在整个燃气涡轮发动机中，例如，在涡轮叶片、喷嘴和壳体应用中。但是，提高的燃气涡轮发动机性能的设计需要具有甚至更高温度能力的合金。

单晶(SC)镍基超合金可基于合金组成和性能相似性划分为四代。第一代SC超合金的限定特征是不存在成合金元素铼(Re)。依据加入约3％重量的Re将使抗蠕变断裂能力提高约50°F(28℃)并伴有抗疲劳益处的发现，第二代SC超合金(如CMSX-4、PWA-1484和RenéN5)均含约3％重量Re。一般而言，第三代超合金的特征在于包括约6％重量Re；第四代超合金含约6％重量Re以及成合金元素钌(Ru)。

目前，燃气涡轮发动机由于其性能的平衡而主要使用第二代超合金。但是，虽然成合金元素Re是这类超合金已知的最有效的固溶体强化剂；如果不排除，其成本以及其供应短缺强烈促使在该合金中其用量最少。迄今为止，具有较低Re含量的已知的超合金组合物不能提供具有至少3％重量的那些(即，第二代超合金)可得到的性能。并且，由于Re在强化Ni基超合金方面如此有效，仅用其它元素替代Re通常不能提供具有否则可通过Re提供的强度的合金，或者可能劣化耐环境性能，例如抗氧化性和抗腐蚀性。

因此，仍然需要镍基超合金，该镍基超合金表现出用于燃气涡轮发动机的所有所需性能，例如，蠕变和疲劳强度、在升高的温度下的抗氧化性和抗腐蚀性，同时还使铼的使用最小化或消除使用铼。期望所述超合金还表现出良好的铸造能力，以便可适用于定向凝固的单晶制品。由于较细小的初级枝晶臂间距通常得到较少的晶粒缺陷、多孔性以及更好的热处理响应，因此为了得到较好的机械特性，较细小的初级枝晶臂间距(PDAS)是优选的。

发明概述

本文提供了无铼的镍基超合金。在一个实施方案中，所述无铼的镍基超合金包含无铼的镍基合金，所述合金包含约5.2％重量至约12％重量钴(Co)、约4.0％重量至约10％重量铬(Cr)、约0％重量至约3.0％重量钼(Mo)、约5.0％重量至约11％重量钨(W)、约4.0％重量至约6.5％重量铝(Al)、约0％重量至约1.5％重量钛(Ti)、约4.0％重量至约8.0％重量钽(Ta)、约0.5％重量至约1.7％重量铪(Hf)、最高达约0.1％重量碳(C)、最高达约0.01％重量硼(B)，余量为镍(Ni)和附带杂质，并且，其中Al+0.15Ta为约5.9％重量至约8.5％重量，Al+0.15Hf为约5.2％重量至约7.0％重量，并且Mo+0.52W为约4.2％重量至约6.5％重量。

本文还提供了包含所述超合金的制品。在一个实施方案中，所述制品包含无铼的镍基合金，所述合金包含约5.2％重量至约12％重量钴(Co)、约4.0％重量至约10％重量铬(Cr)、约0％重量至约3.0％重量钼(Mo)、约5.0％重量至约11％重量钨(W)、约4.0％重量至约6.5％重量铝(Al)、约0％重量至约1.5％重量钛(Ti)、约4.0％重量至约8.0％重量钽(Ta)、约0.5％重量至约1.7％重量铪(Hf)、最高达约0.1％重量碳(C)、最高达约0.01％重量硼(B)，余量为镍(Ni)和附带杂质，其中Al+0.15Ta为约5.9％重量至约8.5％重量，Al+0.15Hf为约5.2％重量至约7.0％重量，Mo+0.52W为约4.2％重量至约6.5％重量。