[发明专利]一种优异高温拉伸性能的γ′相强化钴基高温合金

说明书

本发明公开了一种优异高温拉伸性能的γ’相强化钴基高温合金，所属钴基高温合金领域。其成分质量百分含量为：C 0.02‑0.1，Cr 5‑9，Ni 24‑28，Mo 2‑6，Ti 1‑3，Al 2.5‑5，B 0.005‑0.01，Ta 4‑8，W 2‑6，Zr 0.05‑0.2，Co为余量。本发明的一种优异高温拉伸性能的γ’相强化钴基高温合金的密度在传统Co‑Al‑W三元体系合金中有着明显的优势。本发明合金在800℃‑900℃温度区间内有着高于先进多晶镍基高温合金Mar‑M247的高温强度及一定的高温塑性，且在室温至800℃温度区间内本发明合金无明显屈服异常及中温脆性，保证了合金在使用过程中的安全性及稳定性。此外，本发明的合金在900℃以下200小时以内的抗高温氧化能力属于完全抗氧化级。最后，本发明的合金适用于航空发动机和工业燃气轮机燃气轮机涡轮叶片合金材料。

技术领域

本发明属于钴基高温合金领域，特别涉及一种优异高温拉伸性能的γ′相强化钴基高温合金。

背景技术

钴基高温合金以其出色的抗热疲劳性，抗热腐蚀性，抗氧化性和高组织稳定性而备受关注。然而，传统钴基高温合金依靠碳化物强化，缺乏有效的强化相致其高温强度较低，常被用于涡轮发动机和燃气轮机导向叶片的合金材料。

γ′-Co₃(Al,W)相的发现弥补了这一缺失，并且该相在900℃有着长期的组织稳定性，使得钴基高温合金的高温性能显著提升。这意味着钴基高温合金可以替代镍基高温合金，成为涡轮发动机和燃气轮机涡轮叶片的合金材料。

经过学者们十多年的研究，γ′相强化钴基高温合金已经从最初的Co-Al-W三元合金演变至多元合金，通过添加合金元素以获得更优异的合金性能，例如Ti、Ta、Nb、V、Fe、B、Si、Ni、Cr、Mo等。随着越来越多的合金元素添加到合金中，对合金的熔点及γ′相回溶温度都有着一定的影响。合金元素不同的组合对合金的高温性能影响也不同。目前，γ′相强化钴基高温合金所面临的主要问题在于高温强度及高温塑性不足。

发明内容

本发明旨在获得一种在800℃-900℃温度区间内集优异的高温强度、抗氧化性能及一定的高温塑性于一身的钴基高温合金。该合金利用亚微米级γ′-Co₃(Al,W)相为主要强化相，碳化物强化及固溶强化以获得良好的高温强度，添加Cr元素以获得优良的抗氧化性，以满足涡轮发动机和燃气轮机涡轮叶片的恶劣服役条件。该合金不仅具有优于传统钴基高温合金的高温强度，而且在800℃-1000℃温度区间内，该合金与先进的镍基高温合金的高温屈服强度相比也有着明显的优势。此外，本发明合金的密度在传统Co-Al-W三元体系合金中有着明显的优势，合金在900℃有着优异的组织稳定性。

本发明所述一种优异高温拉伸性能的γ′相强化钴基高温合金的化学成分(wt％)为：C 0.02-0.1，Cr 5-9，Ni 24-28，Mo 2-6，Ti 1-3，Al 2.5-5，B 0.005-0.01，Ta 4-8，W 2-6，Zr 0.05-0.2，Co为余量。

合金可在铸态下直接使用，热处理制度为1200-1280℃固溶4-12h+900-950℃时效16-100h+750℃时效16-50h。

所述合金的密度8.58g/cm³。

所述合金的γ’回溶温度1030℃。

所述合金在800-1000℃拉伸断后延伸率为9-12％，室温拉伸断后延伸率为15.6％

本发明所述的一种优异高温拉伸性能的γ′相强化钴基高温合金所选合金元素有着不同的目的：

镍：通过添加Ni元素促进γ/γ′相的稳定性，提高γ′相的回溶温度，降低γ/γ′两相的晶格错配度。

钨：通过添加W元素提高γ′相的稳定性，提高γ′相的回溶温度，增加γ-Co的固溶强度。