[发明专利]一种低成本、低密度镍基单晶高温合金

说明书

本发明公开了一种低成本、低密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：3.0～6.0％，Co：7.0～11.0％，Mo：0.5～2.0％，W：10.0～13.0％，Ta：0～4.0％，Al：4.0～7.0％，Re：1.0～2.5％，Ti：0～2.0％，Nb:0～2.0％，C：0～0.1％，B：0～0.01％，La:0～0.1％，Ce：0～0.1％，Y：0～0.1％，其余为Ni。本发明合金具有较低的密度和较低的Re含量，具有优良的高温力学性能，同时还具有优良的抗氧化性能。既适用于航天、航空发动机高温部件，又可适用于地面与舰用燃气轮机高温部件。

技术领域

本发明涉及镍基单晶高温合金技术领域，具体涉及一种低成本、低密度镍基单晶高温合金，该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(CMSX-4，Rene N5等)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。

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。但是，合金承温能力提高的同时，其成本和密度也在显著提高，而且过多Re元素的加入，导致合金组织稳定性差，容易析出有害的TCP相。因此在获得优异的高温性能的前提下，降低Re元素的含量是十分必要的。

针对上述背景，人们期望获得一种低成本、低密度镍基单晶高温合金，高温性能与典型第二代单晶高温合金性能相当，组织稳定，并适合高温应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本、低密度镍基单晶高温合金，其高温性能与典型第二代单晶高温合金相当，组织稳定，适合高温应用。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种低成本、低密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：3.0～6.0％，Co：7.0～11.0％，Mo：0.5～2.0％，W：10.0～13.0％，Ta：0～4.0％，Al：4.0～7.0％，Re：1.0～2.5％，Ti：0～2.0％，Nb:0～2.0％，C：0～0.1％，B：0～0.01％，La:0～0.03％，Ce：0～0.03％，Y：0～0.03％，其余为Ni。

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

Cr：3.5～5.0％，Co：8.0～10.0％，Mo：0.5～1.5％，W：11.0～13.0％，Ta：0.1～3.5％，Al：5.5～6.5％，Re：1.5～2.5％，Ti：0.5～1.5％，Nb：0.5～1.5％，C：0.002～0.05％，B：0.001～0.005％，La：0.001～0.01％，Ce：0.001～0.02％，Y：0.001～0.01％，其余为Ni。

本发明提供的镍基单晶高温合金中，杂质的成分和质量百分含量满足下述要求：

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DD436)的化学成分设计主要基于如下理由：

设计合金为镍基单晶高温合金，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，γ′强化相形成元素主要为Al、Ti、Nb、Ta等。