[发明专利]一种高强度镍基单晶高温合金

说明书

本发明公开了一种高强度镍基单晶高温合金，属于镍基单晶高温合金技术领域。该合金化学成分为(wt.％)：Cr：3.0～7.0％，Co：8.0～12.0％，Mo：0.5～3.0％，W：4.0～8.0％，Ta：7.0～11.0％，Al：4.0～7.0％，Re：2.0～4.0％，C：0～0.1％，Hf：0～0.2％，B：0～0.01％，La:0～0.1％，Y：0～0.1％，其余为Ni。本发明与现有的其他镍基单晶高温合金相比，具有优异的持久性能和拉伸性能，同时还具有优良的抗氧化性能和良好的组织稳定性。既可以适用于航天、航空发动机高温部件，又可以适用于地面与舰用燃气轮机高温部件。

技术领域

本发明属于镍基单晶高温合金技术领域，具体涉及一种高强度镍基单晶高温合金，主要适用于在高温条件下承受较高应力的零部件。

背景技术

高推重比航空发动机等技术领域的发展，要求材料具有更高的承温能力。在现有技术条件下，在镍基单晶高温合金中难熔元素W、Mo、Ta、Re等的固溶强化作用也显得越来越重要。特别是Re的加入，显著地提高了合金的高温强度。

高推重比发动机的研制对热端部件的承温能力不断提出更高的要求。第一代单晶高温合金比定向柱晶高温合金的使用温度提高25～30℃；第二代单晶高温合金。由于添加了3wt.％左右的贵金属元素铼(Re)，比第一代单晶高温合金使用温度又提高了30℃；第三代单晶高温合金中Re含量在6wt.％左右，可使耐温能力再提高30℃，达到1150℃左右。

国外从上世纪八十年代开始，已研制出一系列的单晶高温合金，其中第二代单晶合金已经获得泛应用，包括CMSX-4、Rene N5等。国内发展的第二代单晶高温合金为DD406。国外第三代单晶高温合金研制已完成，如CMSX-10、Rene N6、TMS-75等。

针对上述背景，人们期望获得一种高强度镍基单晶高温合金，拉伸、持久等性能优于国内典型第二代单晶高温合金DD406和国外典型第二代高强度镍基单晶高温合金CMSX-4，Rene N5等。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度镍基单晶高温合金，该合金在拉伸、持久等性能优于国内典型第二代单晶高温合金DD406的同时，具有良好的抗氧化性能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种高强度镍基单晶高温合金，按重量百分含量计，该合金化学成分如下：

Cr：3.0～7.0％，Co：8.0～12.0％，Mo：0.5～3.0％，W：4.0～8.0％，Ta：7.0～11.0％，Al：4.0～7.0％，Re：2.0～4.0％，C：0～0.1％，Hf：0～0.2％，B：0～0.01％，La：0～0.1％，Y：0～0.1％，其余为Ni。

本发明提供的高强抗热腐蚀镍基单晶高温合金较优的按重量百分含量计的化学成分如下：

Cr：4.0～6.0％，Co：9.2～11.0％，Mo：1.5～2.5％，W：5.0～7.0％，Ta：7.5～10.0％，Al：5.0～6.2％，Re：2.5～3.5％，C：0.005～0.05％，Hf：0.02～0.12％，B：0.001～0.005％，La：0.0002～0.05％，Y：0.0001～0.05％，其余为Ni。

本发明提供的高强抗热腐蚀镍基单晶高温合金中，按重量百分含量计的杂质要求为：O≤0.003％，N≤0.002％，S≤0.004％，P≤0.018％，Si≤0.2％，Pb≤0.0005％，Bi≤0.00005％，Sn≤0.001％。

本发明合金(合金牌号取名为DD414)的化学成分设计主要基于如下理由：

该镍基单晶高温合金中含有W、Mo、Ta、Re等固溶强化元素，同时含有60-70％的γ′强化相。