[发明专利]高温耐损伤超合金、由该合金制造的制品和制造该合金的方法

说明书

公开了一种镍基合金，其具有以下重量百分数组成。C约0.005至约0.06，Cr约13至约17，Fe约4至约20，Mo约3至约9，W至多约8，Co至多约12，Al约1至约3，Ti约0.6至约3，Nb至多约5.5，B约0.001至约0.012，Mg约0.0010至约0.0020，Zr约0.01至约0.08，Si至多约0.7，P至多约0.05，余量为镍、常见杂质和作为来自熔炼过程中的合金化添加物的残余物的少量其他元素。所述合金提供高强度、良好的抗蠕变性和良好的抗裂纹扩展性的组合。还公开了一种热处理镍基超合金以改善合金的拉伸延展性的方法。还公开了一种由本文所述的镍基超合金制成的制品。

发明背景。

发明领域

本发明一般涉及镍基超合金，特别地涉及一种提供高强度、良好的蠕变强度和良好的应力下抗裂纹扩展性的新组合的镍基超合金。

相关技术描述

设计用于在高温(例如，≥1100℉)下工作的结构合金通常需要高强度和抗蠕变性。然而，随着此类合金中强度和抗蠕变性能的提高，合金可能变得更易受环境影响，即受大气中的氧气影响。这种敏感性可表现为缺口脆性和/或裂纹扩展速率的增加。就裂纹扩展速率来说，当疲劳以较快的速率循环时，镍基超合金可耐受这种类型的损伤，但当合金在低频下受到应力并且在每个应力/无应力循环中具有保压时，可能出现对损伤敏感性的增加。关于这种敏感性的一个理论是在循环的加应力部分期间增加的保压时间为氧气向下沿晶界扩散而在裂纹内形成氧化物层提供时间。然后，当载荷被释放时，该氧化物层可充当楔子，从而以更快的总体速率推进裂纹尖端的移动。

在镍基超合金中，影响强度和抗蠕变性能的组成和结构因素也会影响裂纹扩展速率。此类因素包括固溶强化、沉淀强化(如γ′沉淀)；反相边界能；基质中沉淀物的体积、尺寸和共格性；晶粒尺寸；晶界结构；晶界沉淀(组成和形态)；以及晶界中某些有效元素的低含量的影响。在某种程度上蠕变的合金允许在裂纹尖端处发生蠕变松弛(钝化)。合金的综合抗氧化性也会影响裂纹扩展速率。

鉴于如上文所述的现有技术，希望有不仅提供良好的高温强度和抗蠕变性而且提供在氧化环境中应力循环期间改善的抗裂纹扩展性的镍基超合金。

用于可沉淀硬化(PH)的Ni基超合金的已知热处理通常包括对在合金基质材料中沉淀的溶液离散相的高温退火处理。该固溶退火处理还减轻材料中的应力并改变合金的晶粒尺寸和结构。取决于所使用的退火温度是高于还是低于在PH Ni基超合金中形成的γ'沉淀物的溶线温度，退火温度可被称为超溶线和亚溶线。固溶退火处理之后是较低温度的时效热处理，其中γ'和γ''相沉淀。γ'和γ''相是PH Ni基超合金中的主要强化相。时效热处理可由在不同温度下进行的一个或两个加热步骤组成，该温度选择为引起γ'和在一些情况下γ''的沉淀，并且改变合金中γ'和γ''沉淀物的尺寸、形态和体积分数。

发明概述

上述已知合金的缺点在很大程度上通过具有以下宽、中间和优选重量百分数范围的镍基超合金来克服。

合金的余量基本上为镍、在预期用于类似用处的可沉淀硬化镍基超合金中常见的杂质如磷和硫、以及少量的其他元素如锰，其可以如下文所述不会不利地影响该合金所提供的基本和新性能的量存在。