[发明专利]钴基高温合金及其制备方法和热端部件

说明书

本发明公开了一种钴基高温合金及其制备方法和热端部件，钴基高温合金以重量百分比计，由包括以下元素组成：30％～35％的镍、15％～18.5％的铬、2％～8％的钼、2％～6％的铝、0.1％～4％的钛、0.01％～0.1％的碳、3％～6％的难熔金属、0.1％～0.5％的稀土金属以及余量的钴，难熔金属包括铌和钽中的至少一种。上述合金组分中充分利用强化元素、难熔元素、抗氧化元素以及稀土金属元素之间的协调作用，在没有加入大量钨元素等高密度元素，利用平衡热力学通过优化各元素的含量，保证钴基高温合金抗氧化性能的基础上，进一步提高合金在高温下的强度和塑性等力学性能，获得兼具轻质以及优异力学性能的钴基高温合金。

技术领域

本发明涉及冶金材料领域，特别是涉及一种钴基高温合金及其制备方法和热端部件。

背景技术

随着航空发动机的更新换代，发动机燃气进口温度从20世纪70年代1330℃发展到现在的1730℃，作为发动机核心热端部件，高温合金涡轮叶片和涡轮盘为满足航空发动机的性能需求，必须具有不断提高承温承载能力，因此制造耐高温合金叶片和涡轮盘成为现代航空发动机设计与制造的关键技术之一。高推重比航空发动机的研制将迫切需求高性能的高温合金涡轮盘和叶片。作为固定叶片和连接叶片与涡轮轴的核心部件，涡轮盘的可靠性和使用性能至关重要，这就对涡轮盘的生产，尤其是热加工提出了极高的要求。

为提高合金的承温能力，传统方法采用降低Cr的含量而通过提高钨元素等高密度元素总量和沉淀强化相γ'相含量的合金设计方法。但是上述方法会使涡轮盘等热端部件的合金化程度不断提高，严重的偏析使热加工性能恶化、低周疲劳性能降低以及疲劳裂纹容易扩展，影响上述合金作为热端部件的使用寿命及服役性能。因此传统的高温合金材料已不能满足服役要求。

发明内容

基于此，有必要提供一种兼具轻质以及优异力学性能的钴基高温合金及其制备方法和应用。

本发明提供了一种钴基高温合金，以重量百分比计，由包括以下元素组成：30%~35%的镍、15%~18.5%的铬、2%~8%的钼、2%~6 %的铝、0.1%~4%的钛、0.01%~0.1%的碳、3%~6%的难熔金属、0.1%~0.5%的稀土金属以及余量的钴，

其中，所述难熔金属包括铌和钽中的至少一种。

在其中一个实施例中，以重量百分比计，由包括以下元素组成：32%~35%的镍、15%~18%的铬、2%~5%的钼、2%~5%的铝、0.1%~3%的钛、0.01%~0.06%的碳、4%~6%的难熔金属、0.1%~0.5%的稀土金属以及余量的钴。

在其中一个实施例中，所述难熔金属包括铌和钽，且铌和钽的质量比为（1.5~10）:1。

在其中一个实施例中，所述稀土金属选自铈和钇中的一种。

本发明还进一步提供一种钴基高温合金的制备方法，包括以下步骤：

S10：根据钴基高温合金的组成准备原料；

S20：将所述原料加热至熔融态进行气雾化处理，制备预压制粉末；

S30：以150MPa~200MPa的压力压制所述预压制粉末，制备预烧结压坯；

S40：烧结所述预烧结压坯，第一段烧结的温度为250℃~450℃，第一段烧结的保温时间为20分钟~40分钟，第二段烧结的温度为600℃~900℃，第二段烧结的保温时间为30分钟~60分钟。

在其中一个实施例中，在步骤S10中，所述原料为金属粉末，粉末的粒径为10μm~200μm。

在其中一个实施例中，在步骤S20中，所述气雾化处理为惰性气氛下的超音速气雾化处理。

在其中一个实施例中，在步骤S30中，所述压制的方法为冷等静压，所述冷等静压的温度为400℃~600℃，所述冷等静压的时间为2小时~4小时。