[发明专利]一种含钼钴基高温合金及其用途

说明书

一种含钼钴基高温合金及其用途，所属合金领域，含钼钴基高温合金由Mo、Co、Ni、Al和Ti元素组成，原子百分含量Mo为(1～2)at.％，Ni为(24～34)at.％，Al为(6.5～8.5)at.％，Ti为(1.5～3.5)at.％，余量为Co；Al和Ti的原子百分含量之和不大于10at.％，Mo、Co、Ni、Al和Ti的原子百分含量之和为100at.％。本发明的含钼元素的钴基高温合金具有优异的耐高温腐蚀性能和抗拉强度，本发明合金应用于航天航空发动机制造、工业燃气机轮制造、换热器制造的高温零部件材料。

技术领域

本发明属于合金领域，特别涉及一种含钼元素的钴基高温合金及其用途。

背景技术

高温合金是指以铁、钴、镍为基体，能够在600℃以上的高温环境及一定应力条件下长期稳定服役的一类奥氏体金属材，其具有良好的组织稳定性、优异的高温强度和抗热疲劳性能，还具有优良的抗氧化和抗热腐蚀能力。其中，最为广泛应用的是镍基高温合，这是由于镍基高温合金中γ/γ′两相组织的存在，使合金得到有效的强化，但镍基高温合金在经过几十年性能改进后，工作温度已经达到了理论极限值，很难满足不断提高的工作温度和使用要求。

目前，由于钴基高温合金在980℃以上时有较高的强度、良好的抗热疲劳、抗热腐蚀能力而成为研究者关注的焦点。高温合金的组织稳定性主要表现在：合金中γ'相体积分数和平均尺寸的变化，以及在高温时效过程中是否有其它合金相的析出；在高温合金中，γ'相是主要强化相，其形状、尺寸和体积分数会对合金的力学性能产生显著地影响，而γ'相的显微组织主要与合金成分相关；此外，合金成分的改变还会影响其它合金相的析出。

传统钴基高温合金主要依靠碳化物强化，缺少类似镍基高温合金中γ/γ′两相组织的共格强化机制，高温性能的研发上没有较大进展。

发明内容

为了获得各方面性能优异的钴基高温合金，首先，发明人对Co₆₀Ni₃₀Al_8.3Ti_1.7、Co₆₀Ni₃₀Al_7.5Ti_2.5、Co₆₀Ni₃₀Al_6.7Ti_3.3、Mo₂Co₅₈Ni₃₀Al_7.5Ti_2.5四种合金进行了固溶处理和时效处理，然后通过微观组织观察、热差分析实验和XRD物相分析实验，研究了Al/Ti值及Mo元素的添加对合金显微组织、相变温度及晶格失配率的影响，并得出结论：

(1)四种铸态合金的微观组织均为呈典型的枝晶结构，由γ-Co基体相和位于枝晶上的γ'-(Co,Ni)₃(Al,Ti)相组成，且γ'的相尺寸、形状不规则，分布不均匀。Ni、Al、Ti和Mo元素向γ'相中偏析，而Co元素向γ相中偏析。

(2)合金的γ'相固溶温度随Ti含量的增加而提高。而Mo元素向合金中的添加，降低了γ'相固溶温度。

(3)四种合金经过时效处理，细小的γ'-(Co,Ni)₃(Al,Ti)相均匀的分布在γ基体相上，且在整个时效期间没有其它合金相的生成。在同一时效时间下，γ'相体积分数和γ'相尺寸均Ti含量的增加而增加；Mo元素在合金中的添加明显增大了γ'相体积分数和γ'相尺寸；此外，由于元素的偏析作用，晶格失配率随Ti含量的增加或Mo元素的添加而增大。

(4)四种合金中γ'相尺寸均随时效时间的延长而增加，而γ'相体积分数随时效时间的延长先增加，在时效100h时达到最大值后降低；此外，四种合金的晶格失配率均随时效时间的延长而增大，且由于晶格失配率的增加，γ'相的形态从球状逐渐向立方状转变。