[发明专利]镍基超合金

说明书

本发明涉及一种镍基超合金，其特征在于，以总组成重量百分比计，其组成包含如下元素、有利地基本由如下元素组成：Cr 10.0‑11.25、Co11.2‑13.7、Mo 3.1‑3.8、W 3.1‑3.8、Al 2.9‑3.5、Ti 4.6‑5.6、Nb 1.9‑2.3、Hf0.25‑0.35、Zr 0.040‑0.060、C 0.010‑0.030、B 0.01‑0.03，其余部分为Ni和不可避免的杂质，组成中不含钽。本发明还涉及根据本发明的超合金粉末、由根据本发明的超合金制成的部件的制造方法以及可以通过该方法获得的部件。

本发明涉及用于高温应用并针对具有粗晶粒/细晶粒双重结构的涡轮盘应用而开发的镍基超合金领域。该合金旨在经受部件最热部分约800℃的温度，并且温度峰值高达850℃，同时在较低温度下运行的盘部分中保持高机械强度。

新的环境标准(ACARE 2020)以及飞机制造商提出的降低拥有成本的要求需要发动机制造商提供提高的新一代涡轮喷气发动机性能，尤其是大幅降低比耗量。这意味着需要改进发动机的效率，同时减少热部件的通风，尤其是盘的通风。那么，直接后果是需要承温能力得以改进的材料。

为了提高材料的承温能力，材料领域取得了许多进展：更多的耐火材料、粉末冶金技术等。然而，现在，温度的提高非常有限，仅材料的化学组成无法满足设定目标。事实上，现在，对于涡轮盘应用而言，为了优化的均匀微观结构，材料的性能取决于在所需的各种(往往是矛盾的)机械性能之间产生最佳折衷的能力。

突破当前材料极限的一种方法是调整微观结构，从而调整与部件局部应力相关的机械性能，换言之，在给定部件上产生双重或梯度微观结构。例如，涡轮盘是涡轮喷气发动机中最耐热机械应力的部件之一，需要在盘孔中具有细晶粒结构以在中等温下具有拉伸和疲劳性能，并在同一盘的边缘形成粗晶粒结构，以在高温下具有更好的蠕变和开裂性能。

如专利申请FR3043410所述，能够获得具有这种双重结构的合金的热处理方法是已知的。本申请提供了一种通过自身具有梯度的热处理在盘式部件上产生结构梯度的方法。这涉及通过感应进行热处理，从而能够在温度(在部件中逐步升高)下进行固溶热处理，以使得：

-在最热区域中，温度高于阻隔晶界的相的溶解温度，也称为溶线温度(对于γ-γ’镍基合金；所讨论的相为γ’相)；

-在最低温的区域中，温度低于该溶线温度。

因此，在温度超过γ’相溶线温度的区中，晶粒尺寸将增大，以形成有利于蠕变和开裂性能的结构，而在温度保持低于溶线温度的区中，结构将保留源自锻造的晶粒尺寸，其通常相对较细，并且有利于拉伸和疲劳性能。

一般来说，施加梯度处理是在现有的“常规”合金上进行的，其化学组成已经过优化，以在所需的机械性能方面产生最佳折衷，并且整个部件具有均匀结构。因此，用于盘的性能最高的超合金的目标工作温度为760℃，任选具有800℃的峰值。然而，对于梯度处理的构造，现有的化学组成并不是最优的。因此，部件性能的改善需要限定专用于部件梯度处理的化学组成。

文件EP1840232或J-Y.Guédou等人的文章[用于盘应用的新型抗疲劳和蠕变的PM镍基超合金的开发(Development of a new fatigue and creep resistant PM nickel-base superalloy for disk applications)，超合金学报(Proceedings of Superalloys)2008]中描述了一种已知镍基合金的示例。该合金以编号N19(SMO43)销售。