[发明专利]一种高温合金铸件及其制备方法

摘要

本发明属于高温合金金属材料领域，涉及一种用于燃气轮机热端零部件的高温合金铸件及其制备方法。该合金的化学成分的质量百分比为：Cr 3.5～7.5％，Mo1.0～4.0％，W 4.5～8.5％，Re 0～4.0％，Ta 4.0～8.0％，Al 4.0～7.0％，Co 6.8～9.2％，Ti0～2.0％，C 0～0.05％，B 0～0.04％，Hf 0～0.4％，Nb 0～1％，Ni为余量。本发明通过控制Cr与Mo的质量百分比比值，调整W元素及(B+Hf)元素的配比，提高了合金的高温持久寿命、耐高温燃气热腐蚀性能、铸造工艺性能和小角度晶界缺陷的容限。该合金适于制造燃气轮机涡轮工作叶片和导向叶片。

主权项

1.一种高温合金铸件的制备方法，其特征在于：合金的化学成分的质量百分比为：Cr3.5～7.5％，Mo 1.0～4.0％，W 4.5～8.5％，Re 0～4.0％，Ta 4.0～8.0％，Al 4.0～7.0％，Co 6.8～9.2％，Ti 0～2.0％，C 0～0.05％，B 0～0.04％，Hf 0～0.4％，Nb 0～1％，Ni为余量；合金中Cr、Mo、W、B和Hf的化学成分控制如下：1.0≤Cr与Mo的质量百分比比值≤7.5，W 4.5～8.5％；其中，当1.0≤Cr与Mo的质量百分比比值≤2.0时，W 4.5～6.0％，0.25％≤B+Hf≤0.44％；当2.0＜Cr与Mo的质量百分比比值≤4.0时，W 6.0～7.0％，0＜B+Hf＜0.25％；当4.0＜Cr与Mo的质量百分比比值≤7.5时，W 7.0～8.5％，0.25％＜B+Hf≤0.44％，铸件的制备步骤如下：/n1)按所述合金化学成分配比进行配料，加入真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼过程包含熔化、精炼、降温、合金化及浇注五个步骤；在熔化步骤中，将镍、铬、钼、钨、铼、钽、钴、碳、铌装入坩埚，待化清后精炼30～50min，精炼结束后搅拌合金液熔体，然后停电降温直至合金液结膜；再通电，加入铝和钛并熔炼5～20min后搅拌合金液熔体，再加入硼和铪熔炼5～20min后搅拌合金液熔体，使成分均匀化；最后，停电降温，当合金液熔体温度达到浇注温度后进行浇注，浇注温度为1500～1600℃，浇注应带电并采用过滤器过滤合金液熔体，将合金液熔体浇注在锭模中制成母合金锭；/n2)采用铸件的蜡模模具压制出铸件蜡模，在铸件蜡模表面涂挂5～12mm厚的陶瓷浆料，然后在脱蜡釜中采用温度为150～300℃，压力为3～7MPa的高温高压水蒸气将蜡模脱除，在1300～1800℃下焙烧3～8h后制备成陶瓷壳型；/n3)将上述第二步中制得的陶瓷壳型放入真空感应熔炼定向凝固炉中，按照浇铸铸件所需重量切取母合金锭，将母合金锭放入熔炼坩埚中，调节真空感应熔炼定向凝固炉的加热温度至1550～1750℃将母合金锭熔化，熔化后的金属液浇入陶瓷壳型中并保温5～15min，然后以2～15mm/min的速度向下移动拉晶，拉晶结束后随炉冷却至室温并取出铸件；/n4)将制得的铸件进行热处理，所采用的热处理工艺为：(1)固溶处理：在1250～1320℃保温2～6h，随后空冷至室温；(2)高温时效处理：在1080～1160℃保温2～6h，随后空冷至室温；(3)低温时效处理：在860～930℃保温12～20h，随后空冷至室温；当所制备的铸件为定向凝固单晶燃气涡轮叶片时，合金的化学成分中的1.0≤Cr与Mo的质量百分比比值≤2.0，W4.5～6.0％，0.25％≤B+Hf≤0.44％，当所制备的铸件为定向凝固柱晶燃气涡轮叶片时，合金的化学成分中的1.0≤Cr与Mo的质量百分比比值≤2.0，W 4.5～6.0％，0.25％≤B+Hf≤0.44％；当所制备的铸件为空心定向凝固单晶燃气涡轮叶片时，合金的化学成分中的2.0＜Cr与Mo的质量百分比比值≤4.0，W 6.0～7.0％，0＜B+Hf＜0.25％；当所制备的铸件为空心定向凝固柱晶燃气涡轮叶片时，合金的化学成分中的4.0＜Cr与Mo的质量百分比比值≤7.5，W 7.0～8.5％，0.25％＜B+Hf≤0.44％。/n