[发明专利]一种高纯净低夹杂镍基粉末高温合金及其制备方法和应用

说明书

本发明属于高温用合金钢领域，特别涉及一种适用于制备在850℃左右使用时对高温强度、蠕变与疲劳等苛刻受力条件下要求较高的高温合金部件的高纯净低夹杂镍基粉末高温合金及其制备方法和应用，该高温合金具有较高的γ′相组织结构，晶界为少量碳化物颗粒析出相，晶内为高稳定性的γ′强化相，尺寸为20‑100nm。两相的完美组合不仅实现了组织的优化匹配，更重要的是该合金具有超低夹杂高纯净特点，有利于实现低缺陷控制的粉末高温合金制备。该合金制备过程可实现短流程合金的制备，大大降低了制备成本。

技术领域

本发明属于高温用合金钢领域，特别涉及一种适用于制备在850℃左右使用时，对高温强度、蠕变与疲劳等苛刻受力条件下要求较高的高温合金部件的高纯净低夹杂镍基粉末高温合金及其制备方法和应用。

背景技术

涡轮盘是航空发动机最重要的核心热端部件之一。随着高推重比、高功重比及高燃效发动机的发展，对涡轮盘强韧性、疲劳性能、可靠性及耐久性提出了更高的要求[1邹金文,汪武祥.粉末高温合金研究进展与应用[J].航空材料学报,2006,26(3):244-249.]。镍基高温合金由于其在高温下优异的力学性能和耐蚀性，已被广泛应用于燃气轮机和航空发动机的部件[2Pollock T M.Alloy design for aircraft engines[J].NatureMaterials,2016,15:809-815.]。相比于传统的铸锻高温合金，粉末高温合金解决了由于合金化程度不断提高导致的铸锭偏析严重、热加工性能差、成形困难等问题，因此成为现代高推重比航空发动机涡轮盘等关键部件的首选材料[3张义文,上官永恒.粉末高温合金的研究与发展[J].粉末冶金工业,2004,14(6):30-42.]。

但是粉末高温合金中存在由粉末冶金工艺带来的缺陷，如原始颗粒边界、非金属夹杂物、热致孔洞等。这些缺陷会对粉末高温合金的力学性能，尤其是高温下的低周疲劳性能会产生较大的影响[4李嘉荣,熊继春,唐定中.先进高温结构材料与技术[M].北京:冶金工业出版社,2012]。为此，有必要研发低夹杂高纯净的高等级粉末高温合金，对FGH4096合金也可作为一种补充。

第二代粉末高温合金是在第一代的基础上研制而成的。其特点是控制γ′相的含量，采用过固溶线温度热处理获得粗晶组织，虽然抗拉强度较第一代低，但具有较高的蠕变强度和裂纹扩展抗力，因此也被称为损伤容限型粉末高温合金，其使用温度范围为650～750℃。具有代表性的是René88DT合金，其在René95合金的基础上通过调整成分及热加工工艺，使得其疲劳裂纹扩展抗力显著提高[5国为民,赵明汉,董建新,等.FGH95镍基粉末高温合金的研究和展望[J].机械工程学报,2013,49(18):38-45]。目前美国在军用和民用发动机上已大量使用René88DT粉末盘，显著改善了发动机的性能，应用已较为成熟。

但是航空和航天技术的发展要求制造出能够在800℃以上稳定使用的高温合金，这种高温合金要具备足够的高温强度，优异的抗疲劳和蠕变性能，良好的工艺塑性和焊接性能，以及在高温服役时优异的长期组织稳定性。此外，更为重要的是此合金要兼具成本低的特点。

而目前存在的能在800℃左右稳定使用的镍基合金如Rene88DT合金，国外典型的第三代粉末高温合金包括René104、Alloy10、LSHR、RR1000等。粉末高温合金的缺陷与传统铸锻高温合金的缺陷不同，主要是由粉末冶金工艺过程带来的，包括原始颗粒边界(PPB)、热致孔洞(TIP)和非金属夹杂物(NMI)三类。一方面，这些缺陷对高温合金的力学性能，特别是对低周疲劳性能产生严重影响，因此必须尽量减少或消除。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种工艺简单，能在850℃左右稳定使用的，且具有较高的强度，高的热稳定性的一种高纯净低夹杂镍基粉末高温合金及其制备方法及应用。