專利名稱：一種Ni基合金材料及其制備方法
技術領域：
本發明 涉及航空、航天、軍工、熱電廠等使用的發動機、燃氣輪機等高溫材料領域，具體涉及一種Ni基合金材料及其制備方法。
背景技術：
Rene’ 220合金是美國在N1-Cr-Fe基合金Inconel718基礎上研制的的一種N1-Cr-Co基耐高溫合金,與Inconel718相比,Rene’220合金中用Co代替Fe,增加了 Ta含量。由于新合金中去掉了 Fe，降低了有害相Laves的影響。而且用Co代替Fe后，合金的持久壽命得以很大提高。Ta的增加使合金在時效中形成大量的析出強化相，彌補了由于去掉Fe而帶來的強度損失。Rene’ 220合金的成分設計增加了強化相Y”的穩定性，承受高溫能力提高了 50°C，同時保持了與Inconel718同樣優秀的鑄造工藝和焊接工藝性能。但是，現有Rene’ 220合金的高溫持久壽命及高溫機械性能，并不能完全滿足航空、航天、軍工、熱電廠等使用的發動機、燃氣輪機的需求。
發明內容
本發明的目的是提供一種Ni基合金材料。本發明的另一目的是提供Ni基合金材料的制備方法，采用該方法制備的Ni基合金材料組織中Y”和Y’相數量多且尺寸適中，分布均勻，Y”沒有異常長大的現象，具有較長的高溫持久壽命和良好的高溫機械性能。一種Ni基合金材料，按照重量百分含量由下列物質組成:C 0.02-0.03%，Cr18-19%, Co 12-13%, Nb 4.5-4.8%, Mo 3.2-3.3%, Al 0.4-0.6%, Ti 0.8-1.2%, Ta 2.5-3.0%,B 0.008-0.011%，余為 Ni。一種所述Ni基合金材料的制備方法，包括如下步驟:
(O按照合金材料的組成配料；
(2)將配好的料放入真空感應爐中冶煉得到合金液，澆鑄后得到合金錠；
(3)將合金錠加熱升溫至1135-1145°C，保溫3.5-4.5小時，空冷；將合金錠加熱升溫至1085-1095°C，保溫1-1.5小時，空冷；將合金錠加熱升溫至940 — 960°C，保溫1.5 — 2.5小時，空冷；將合金錠加熱升溫至820-840°C，保溫3.5-4.5小時，隨爐冷卻；將合金錠加熱升溫至745 - 765°C，保溫9-11小時，空冷后得到所述Ni基合金材料。有益效果:
采用本發明方法制備的合金材料，其組織中Y ”相尺寸適中，分布均勻，Y ’相數量多，具有較長的高溫持久壽命和良好的高溫機械性能。在第二段 時效處理中，升溫至745-765 ，保溫9-11小時，因為這個溫度段處于
Y’析出的C曲線鼻點，Y ’相在枝晶間和枝晶干上充分析出，而已經在上一段時效中析出的Y”尺寸稍微長大且不會發生過時效，Y”最終的尺寸適中，沒有生成和周圍尺寸不匹配的大的Y ”。組織同時具有高的強度和好的塑性，高溫持久壽命最高，如700°C保溫620MPa聞溫持久壽命最聞可達約110小時。附圖及簡單說明
圖1合金材料I的透射電鏡圖。圖2為合金材料4的掃描電鏡圖。
具體實施例方式實施例1
配方I的成分及其重量百分含量:c 0.03%, Cr 18.8%, Co 12%, Nb 4.5 %，Mo 3.2%, Al0.5%, Ti1.0 %，Ta 3.0%, B 0.008%，余為 Ni。按照配方I配料，放入真空感應爐中冶煉得到合金液。將合金液在澆鑄溫度為1390°C，模溫960°C條件下澆鑄，約在10分鐘內冷卻至室溫，得到合金錠。將合金錠依次進行如下的處理:
前期處理:將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至1140°C，保溫4小時，取出空冷；將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至1090°C，保溫I小時，取出空冷；
中間處理:將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至950°C，保溫2小時，取出空冷；
第一段時效處理:將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至830°C，保溫4小時，隨爐冷
卻； 第二段時效處理:將合金錠加熱升溫至760°C，保溫10小時，取出空冷后得到合金材料
1合金材料I電鏡圖如圖1所示，可以看到合金材料I的組織中Y ”和Y ’同時大量析出，并且Y ”和Y ’相間分布，Y ”相分布均勻尺寸適中，說明合金材料I具有良好的高溫機械性能。合金材料I在620MPa，700°C條件下，高溫持久壽命可達約110小時。實施例2
配方2的成分及其重量百分含量:C 0.03%, Cr 18.8%, Co 12%, Nb 4.5%, Mo 3.2%, Al0.5%, Ti1.0 %, Ta 3.0%, B 0.010%，余為 Ni。按照配方I配料，放入真空感應爐中冶煉得到合金液。將合金液在澆鑄溫度為1390°C，模溫960°C條件下澆鑄，約在10分鐘內冷卻至室溫，得到合金錠。將合金錠依次進行如下的處理:
前期處理:將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至1140°C，保溫4小時，取出空冷；將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至1090°C，保溫I小時，取出空冷；
中間處理:將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至950°C，保溫2小時，取出空冷；
第一段時效處理:將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至830°C，保溫4小時，隨爐冷
卻；
第二段時效處理:將合金錠加熱升溫至750°C，保溫10小時，取出空冷后得到合金材料
2。對合金材料2進行電鏡觀察，發現組織中組織中Y”和Y’同時大量析出，Y”相的大小和分布都很均勻的，有良好的高溫機械性能。。合金材料2在620MPa，700°C條件下，高溫持久壽命可達約108小時。實施例3
配方3的成分及其重量百分含量:C 0.03%, Cr 18.8%, Co 12%, Nb4.8%, Mo 3.2%, Al0.5%, Ti1.0%, Ta 2.5%, B 0.011%，余為 Ni。按照配方I配料，放入真空感應爐中冶煉得到合金液。將合金液在澆鑄溫度為1390°C，模溫960°C條件下澆鑄，約在10分鐘內冷卻至室溫，得到合金錠。將合金錠依次進行如下的處理:
前期處理:將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至1140°C，保溫4小時，取出空冷；將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至1090°C，保溫I小時，取出空冷；
中間處理:將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至950°C，保溫2小時，取出空冷；
第一段時效處理:將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至830°C，保溫4小時，隨爐冷
卻；
第二段時效處理:將合金錠加熱升溫至765°C，保溫10小時，取出空冷后得到合金材料3。合金材料3組織中組織中Y ”和Y ’同時大量析出，Y ”相的大小和分布都很均勻的，有良好的高溫機械性能。合金材料3在620MPa，700°C條件下，高溫持久壽命可達約109小時。實施例4
配方4的成分及其重量百分含量:C 0.03%, Cr 18.8%, Co 12%, Nb4.6%, Mo 3.2%, Al
0.5%, Ti1.0 %, Ta 2.5 %, B 0.011，余為 Ni。按照配方4配料，放入真空感應爐中冶煉得到合金液。將合金液在澆鑄溫度為1390°C，模溫960°C條件下澆鑄，約在10分鐘內冷卻至室溫，得到合金錠。將合金錠依次進行如下的處理:
前期處理:將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至1140°C，保溫4小時，取出空冷；將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至1090°C，保溫I小時，取出空冷；
中間處理:將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至950°C，保溫2小時，取出空冷；
第一段時效處理:將合金錠置于熱處理爐中，加熱升溫至830°C，保溫4小時，隨爐冷
卻；
第二段時效處理:將合金錠加熱升溫至780°C，保溫10小時，取出空冷后得到合金材料4。合金材料4的電鏡圖如圖2所示， 可以看到合金材料4的組織中出現過分長大的
Y”相，這些組織會造成機械性能的惡化，高溫持久壽命幾乎為O。
權利要求
1.一種Ni基合金材料，按照重量百分含量由下列物質組成:C 0.02-0.03%, Cr18-19%, Co 12-13%, Nb 4.5-4.8%, Mo 3.2-3.3%, Al 0.4-0.6%, Ti 0.8-1.2%, Ta 2.5-3.0%,B 0.008-0.011%，余為 Ni。
2.—種權利要求1所述Ni基合金材料的制備方法，包括如下步驟: (O按照合金材料的組成配料； (2)將配好的料放入真空感應爐中冶煉得到合金液，澆鑄后得到合金錠； (3)將合金錠加熱升溫至1135-1145°C，保溫3.5-4.5小時，空冷；將合金錠加熱升溫至1085-1095°C，保溫1-1.5小時，空冷；將合金錠加熱升溫至940 — 960°C，保溫1.5 — 2.5小時，空冷；將合金錠加熱升溫至820-840°C，保溫3.5-4.5小時，隨爐冷卻；將合金錠加熱升溫至745 - 765° C，保溫9-11小時，空冷后得到所述Ni基合金材料。
全文摘要
本發明提供一種Ni基合金材料及其制備方法，涉及高溫材料領域。所述材料為C0.02-0.03%，Cr18-19%，Co12-13%，Nb4.5-4.8%，Mo3.2-3.3%，Al0.4-0.6%，Ti0.8-1.2%，Ta2.5-3.0%，B0.008-0.011%，余為Ni。其制備方法配料、冶煉、澆鑄得合金錠；將合金錠升溫至1135-1145℃，保溫、空冷；升溫至1085-1095℃，保溫、空冷；升溫至940-960℃，保溫、空冷；升溫至820-840℃，保溫、隨爐冷卻；升溫至745-765℃，保溫、空冷。本發明材料具有較長的高溫持久壽命和良好的高溫機械性能。
文檔編號C22C19/05GK103074526SQ20131006092
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月27日 優先權日2013年2月27日
發明者王玲, 于永泗, 姚義俊, 婁瑯洪, 朱耀宵 申請人:南京信息工程大學