[发明专利]抗蠕变、长寿命镍基变形高温合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种抗蠕变、长寿命镍基变形高温合金，其包括：C：0.04‑0.08％、Cr：18.50‑21.50％、Co：9.00‑11.00％、Mo：8.00‑9.00％、Al：2.00‑3.00％、Ti：1.10‑1.49％、Nb：0.81‑2.00％、B：0.003‑0.009％、Sc：0.001‑0.10％，余量包括镍和不可避免的杂质，以质量百分含量计，该合金中元素Al、Ti和Mo的质量百分含量满足关系式：11.59％≤Al+Ti+Mo≤13.0％。本发明的镍基变形高温合金，具有优异的抗蠕变性能和持久寿命，能够满足先进航空发动机和燃气轮机设计和使用的要求，适用于制造先进航空发动机和燃气轮机等装备中长期服役的精密热端部件。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种抗蠕变、长寿命镍基变形高温合金，特别地还涉及该抗蠕变、长寿命镍基变形高温合金的制备方法，进一步地，还涉及该抗蠕变、长寿命镍基变形高温合金的应用。

背景技术

航空发动机和燃气轮机等装备中有大量精密热端部件，其特点是在高温和大载荷条件下具有良好尺寸精度以保证功能稳定性，一般采用高温合金制造。这些部件中包含筒件、管件和紧固件等，形状复杂、承受温度高(一般为600-800℃)，是由板材、管材或棒材经冷弯、焊接、车、铣等多工序加工而成，对合金加工性能、焊接性能、抗蠕变性能、持久寿命等要求比较高，目前使用的合金有Nimonic263、R-41、Waspaloy、Haynes282、HastelloyX、Haynes230、Inconel718等。

随着航空发动机和燃气轮机设计水平和应用技术的不断发展，燃气初温越来越高，以燃气轮机为例，目前最先进的G级和H级燃气轮机燃气初温达到了1450～1500℃，未来的J级燃气轮机燃气初温将达到1600～1700℃，航空发动机和燃气轮机精密热端部件合金本体承受的温度也将达到800～950℃，因此对合金的800～950℃高温力学性能提出了日益严苛的要求。

Nimonic263、HastelloyX、Haynes230合金虽然具有良好的加工性能，但这些合金只能在800℃以下长期服役，在800℃以上高温强度和抗蠕变性能严重不足；Inconel718合金虽然具有良好的加工性能，但只能在650℃以下服役，在更高温度下组织将失去稳定性而发生性能劣化。R-41和Waspaloy的强化相γ′含量高、析出速度快，无论是坯料的热加工(锻造、热轧)、热处理还是零件的冷加工(冷弯、车削、焊接等)难度都比较大，不适用于制造航空发动机和燃气轮机中需要经历复杂加工工艺的精密热端部件。而且R-41在816℃、221MPa、100h条件下的蠕变塑性伸长率(ε_p)约为1％，Waspaloy对应的这一数值大于1％，这两种合金在89MPa、927℃条件下的持久寿命(τ)都在100h以下，可见这两种合金的抗蠕变性能和持久寿命都不满足先进航空发动机和燃气轮机的设计要求。Haynes282合金具有较好的室温和高温力学性能，同时易于加工和焊接，但也存在三点不足：1)抗蠕变性能偏低，在816℃、221MPa、100h条件下的蠕变塑性伸长率约为1％；2)持久寿命不足，在89MPa、927℃条件下的持久寿命在200h以下；3)允许的服役温度较低，目前在实际工程应用中考虑到燃气轮机的大修周期在8年左右，为了确保使用Haynes282合金制造的部件安全度过8年检修周期，其最高使用温度被严格限定在800℃左右。

因此，需要研制一种具有优异的抗蠕变性能和持久寿命的镍基变形高温合金。

发明内容