[发明专利]一种低密度、高组织稳定性的钴基高温合金及其制备方法

说明书

一种低密度、高组织稳定性新型γ′相强化钴基高温合金及制备方法，属于新材料设计与开发技术领域。其化学成分按原子百分数为：5‑11％Al，0.01‑3％W，20‑35％Ni，8‑18％Cr，1‑6％Mo，0.01‑1％(Y/Ce/La任选一种)，0.01‑1％Si，0.01‑1％B，0.01‑1％C，0.01‑1％Zr，0.01‑1％Hf，0‑2％Ta，0‑4％Ti，0‑4％Fe，0‑4％Nb，余量为Co。所设计合金成分对W、Mo、Si和Y/La/Ce元素进行了合理的优化，可显著降低合金密度，提高合金高温性能；所开发熔炼工艺可避免低熔点元素的烧损以及高熔点元素的熔化不均匀现象，提高了铸锭化学成分的准确性和均匀性；所开发合金与同类形变钴基高温合金相比，具有更低的密度和更高的中温组织性能稳定性，是一种优异的形变钴基高温结构材料。

技术领域：

本发明属于新材料设计与开发领域，特别是提供了一种低密度、高组织稳定性γ′相强化钴基高温合金的成分及其制备方法。

背景技术：

钴基高温合金与镍基高温合金相比具有优异的耐热腐蚀性、耐热疲劳性与焊接性能，是航空、火箭发动机燃烧室和导向叶片等热端部件上具有重要应用前景的材料。特别是，γ′相强化Co-Al-W基合金的发现为发展新型钴基高温合金开辟了新的道路[Sato J,Omori T,Oikawa K,et al.Cobalt-base high-temperature alloys[J].Science,2006,312(5770):90-1]。

有关新型γ′相强化钴基高温合金的研发时间较短，相关研究还非常有限，研究主要集中在合金元素对钴基高温合金组织性能的影响上，并未形成系列的合金牌号，特别是形变钴基高温合金，迄今仅有德国Neumeier课题组以及英国Dye课题组进行了相关研究。Neumeier等人采用铸-轧法制备了高性能的新型形变钴基高温合金，该合金与难变形镍基高温合金U720Li相比有着更大的热加工区间，屈服强度在温度800℃以上时高于U720Li合金[Neumeier S,Freund L P,M.Novel wroughtγ/γ′cobalt base superalloyswith high strength and improved oxidation resistance[J].Scripta Materialia,2015,109:104-107]；Dye等人采用粉末冶金的方法制备了新型形变钴基高温合金，该合金与MarM247有着相似的屈服强度，在温度高于750℃后甚至有着更高的强度[Knop M,MulveyP,Ismail F,et al.A New Polycrystalline Co-Ni Superalloy[J].JOM,2014,66(12):2495-2501.]。

然而，目前开发的新型Co-Al-W基合金由于含有5at％～10at％W元素使得合金密度偏高，甚至高于9.0g/cm³，而传统的形变镍基高温合金Wasploy的密度仅为8.2g/cm³。新型钴基高温合金的密度偏高的缺点将成为限制其在航空、火箭发动机热端部件上应用的重要因素之一。因此，降低新型钴基高温合金的密度是实现该类合金实际应用的关键之一。在保证合金组织性能稳定的前提下，合理替代W元素是降低钴基高温合金密度的最有效途径。

发明内容：

本发明以降低新型钴基高温合金密度为目的，通过合金元素选择优化以及合理的制备工艺制定，开发一种低密度、高组织性能稳定性的新型γ′相形变钴基高温合金。

本发明的技术方案为：

一种低密度、高组织稳定性的钴基高温合金，其化学成分按原子百分数为：5-11％Al，0.01-3％W，20-35％Ni，8-18％Cr，1-6％Mo，0.01-1％(Y/Ce/La任选一种)，0.01-1％Si，0.01-1％B，0.01-1％C，0.01-1％Zr，0.01-1％Hf，0-2％Ta，0-4％Ti，0-4％Fe，0-4％Nb，余量为Co。