[发明专利]一种镍基高温合金及其设计方法

说明书

本发明是关于一种镍基高温合金及其设计方法，涉及合金设计及增材制造技术领域。主要采用的技术方案为：一种镍基高温合金是由增材制造工艺制备，且所述镍基高温合金中的用于促进γ′‑Ni₃Al第二相析出的合金元素的含量满足：使所述镍基高温合金中的γ′‑Ni₃Al第二相的体积分数为45～60％，且镍基高温合金中Ti元素的含量为0‑4wt％；其中，所述镍基高温合金中的用于促进γ′‑Ni₃Al第二相析出的合金元素包括Al元素，优选的，还包括Ti和/或Ta元素。本发明将镍基高温合金中的γ′‑Ni₃Al第二相含量作为平衡高温力学性能和增材制造成形性的关键参量，并提出将γ′‑Ni₃Al相含量控制在45～60％范围内，以兼顾镍基高温合金力学性能和成形性能。本发明可为增材制造专用高性能镍基高温合金的研发提供指导思想。

技术领域

本发明涉及一种合金设计及增材制造技术领域，特别是涉及一种镍基高温合金及其设计方法。

背景技术

镍基高温合金具有优异的物理与力学性能，可在高温、复杂应力环境长期可靠工作，被广泛用于制造航空、航天、舰船发动机的热端部件。

目前，镍基高温合金构件的制备技术主要包括熔模铸造技术、粉末冶金技术和变形技术三种。为适应不同的制备技术，研究人员开发出了不同种类的合金材料，比如，K465、K438、K417等铸造合金，FGH95、FGH96、FGH97等粉末合金，GH4169、GH3536、GH3230等变形合金。上述不同种类的合金具有独特的成分和组织特征，以适应不同制备技术的要求。

增材制造技术是近年来新兴的一种数字化、智能化与柔性化的先进制造技术，在航空航天等领域有着广阔的应用前景。与传统熔模铸造、粉末冶金和锻造的工艺过程和成形原理不同，增材制造技术是非常小的移动液相熔池在相对非常大的固态基体上非平衡快速凝固过程。在这种成形条件下，热传输、溶质传输均发生了较大变化。利用已有针对传统制备技术开发的合金进行增材制造时，比如GH4169、GH3536等变形合金，虽然可以成形，但是这类合金高温强度较低，不适用于对高温力学性能要求较高的构件；而高温性能较高的K465、K438、K417等铸造高温合金，增材制造过程中极易发生裂纹等缺陷，成形性极差。

鉴于此，亟需一种适用于增材制造的可兼顾高温力学性能和增材制造成形性的镍基高温合金成分设计方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种镍基高温合金及其设计方法，主要目的在于能使增材制造的镍基高温合金的裂纹得到有效控制，并保证镍基高温合金在高温下的力学性能。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种镍基高温合金，其中，所述镍基高温合金是由增材制造工艺制备，且所述镍基高温合金中的用于促进γ′-Ni₃Al第二相析出的合金元素的含量满足：使所述镍基高温合金中的γ′-Ni₃Al第二相的体积分数为45～60％；且所述镍基高温合金中Ti元素的含量为0-4wt％；其中，所述镍基高温合金中的用于促进γ′-Ni₃Al第二相析出的合金元素包括Al元素，优选的，还包括Ti和/或Ta元素。

优选的，所述镍基高温合金中的裂纹长度低于5μm，所述镍基高温合金中的裂纹面积百分比低于0.05％(在此的裂纹面积百分比指的是：对合金截面微观组织进行金相观察，统计金相照片中裂纹的面积与金相照片的面积的比例)；优选的，所述镍基高温合金经后处理工艺，能消除裂纹；进一步优选的，所述后处理工艺选用热等静压工艺或优化增材制造工艺。

另一方面，本发明的实施例还提出一种上述镍基高温合金的设计方法，其中，包括如下步骤：