本發明涉高溫合金材料，尤其涉及Ni-Cr-Co基時效硬化型高溫合金材料及其冶煉方法。

背景技術：

Ni-Cr-Co基合金在800℃以下使用時，具有較高的屈服強度和較高的蠕變強度、良好的冷熱疲勞性能、應變時效傾向性小的特點，并具有良好的工藝性能；主要用作FWS9發動機火焰穩定器、加強板、擋板、鎖緊板、安裝邊、密封支撐、襯套、轉接座、凸環、進油管、噴嘴堵頭等部件，是FWS9發動機上用量最大的高溫合金。而正因為其用量大，有必要研究一種滿足性能要求但生產成本較低的Ni-Cr-Co基時效硬化型高溫合金材料及其冶煉方法，從而能降低發動機生成成本。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種新的Ni-Cr-Co基時效硬化型高溫合金材料。

為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案：

Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金，其原料按元素計具有如下組成：

C 0.041～0.07(wt％)

Cr 19.60～20.40(wt％)

Co 19.42～20.40(wt％)

Mo 5.70～6.06(wt％)

Al 0.33～0.58(wt％)

Ti 1.98～2.32(wt％)

余量是Ni及不可避免的雜質。

優選地，Al與Ti的總量范圍為2.40～2.80(wt％)。

上述Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金，其原料按元素計優選如下組成：

C 0.05～0.07(wt％)

Cr 19.60～20.09(wt％)

Co 19.93～20.28(wt％)

Mo 5.76～6.03(wt％)

Al 0.33～0.58(wt％)

Ti 1.98～2.32(wt％)

余量是Ni及不可避免的雜質。

本發明所述雜質用元素量限定及其含量為：

Mn含量在0.60wt％以下，Si含量在0.40wt％以下，

P含量在0.015wt％以下，S含量在0.007wt％以下，

Cu含量在0.20wt％以下，Ag含量在0.0005wt％以下，

Bi含量在0.0001wt％以下，Pb含量在0.002wt％以下，

B含量在0.005wt％以下。

為了進一步提高上述Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金性能并控制成本，優選地，C含量為0.05～0.065％。C含量進一步優選為0.06～0.064％。

為了進一步提高上述Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金性能并控制成本，優選地，Cr含量為19.90～20.40(wt％)。Cr含量進一步優選為19.98～20.20(wt％)。

為了進一步提高上述Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金性能并控制成本，優選地，Al+Ti含量為2.45～2.68(wt％)。Al+Ti含量進一步優選為2.47～2.66(wt％)。

為了進一步提高上述Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金性能并控制成本，優選地，Mo含量與兩倍Al含量以及四倍Ti含量的總和(Mo％+2(Al％)+4(Ti％))為14.5～15.8(wt％)。

上述Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金的冶煉方法，包括以下步驟：

(1)取所需元素物料于真空感應爐中熔煉，熔煉溫度1500～1520℃；在熔煉過程中調節各元素的含量，使其重量比符合設計要求，控制雜質元素含量，溶液澆注成自耗電極；

(2)將自耗電極于L700P7型真空自耗爐中重熔精煉，降低雜質元素的含量，使其符合設計要求，重熔成自耗錠；重熔精煉的條件為：真空度小于5μ給電起弧，電壓23V±2V，電流5500±200A；

(3)將鋼錠加熱鍛造制成鋼棒；鍛造的條件為：將鋼棒加熱至1130±10℃保溫2～4小時，開始鍛造。

(4)鋼棒鍛后攤開空冷至室溫；

(5)鋼棒表面處理：對鋼棒表面進行車光處理，消除表面缺陷并使鋼棒尺寸、形狀、表面質量滿足設計要求，制得成品鋼棒。

與現有技術相比，本發明的有益效果：

本發明Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金力學性能優異，不僅完全達到設計要求，而且在780℃高溫拉伸性能和蠕變性能方面表現更為優異，同時成本更低。本發明Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金的冶煉方法，原料容易取得，條件容易控制，產品質量更為穩定，合格率達到99.9％，極大降低了生產成本，與現有技術相比，大約降低了15-25％。

附圖說明

圖1為實施例1步驟(1)中真空感應熔煉參考電力曲線圖；

圖2為實施例1步驟(2)中406錠型真空自耗重熔電力曲線圖；

圖3為實施例1步驟(2)中508錠型真空自耗重熔電力曲線圖；

圖4為實施例1步驟(3)中φ406mm鋼錠鍛造加熱曲線圖；

圖5為實施例1步驟(3)中φ508mm鋼錠鍛造加熱曲線圖。

具體實施方式

下面結合試驗例及具體實施方式對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發明內容所實現的技術均屬于本發明的范圍。

實施例1 Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金及其冶煉方法

Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金，其原料按元素計具有如下組成：

C 0.042(wt％)

Cr 19.90(wt％)

Co 19.96(wt％)

Mo 5.93(wt％)

Al 0.44(wt％)

Ti 2.04(wt％)

余量是Ni及不可避免的雜質。

所述Ti為海綿Ti。

本例Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金的冶煉方法，包括步驟：

(1)取所需元素物料于真空感應爐中熔煉，熔煉溫度1500～1520℃；在熔煉過程中調節各元素的含量，使其重量比符合設計要求，控制雜質元素含量，溶液澆注成自耗電極；物料的加入及真空感應熔煉參考電力曲線參考圖1；

(2)將自耗電極于真空自耗爐中重熔精煉，降低雜質元素的含量，使其符合設計要求，重熔成自耗錠；重熔精煉的條件為：真空度小于5μ給電起弧，電壓23V±2V，電流5500±200A；φ406mm：一支φ360mm電極重熔一爐；φ508mm：兩支φ440mm電極重熔一爐；φ406錠型真空自耗重熔電力曲線參考圖2，φ508錠型真空自耗重熔電力曲線參考圖3；

(3)將鋼錠加熱鍛造制成鋼棒；鍛造的條件為：將鋼棒加熱至1130±10℃保溫2～4小時，開始鍛造；鍛造成品及開坯在2000t快鍛上進行，開鍛溫度1000～1010℃，終鍛溫度900～910℃；鋼錠加熱在室式爐中進行，φ406mm鋼錠鍛造加熱曲線參考圖4，φ508mm鋼錠鍛造加熱曲線參考圖5；

(4)鋼棒鍛后攤開空冷至室溫；

(5)鋼棒表面處理：對鋼棒表面進行車光處理，消除表面缺陷并使鋼棒尺寸、形狀、表面質量滿足設計要求，制得成品鋼棒。

在成品鋼棒上取樣檢驗力學性能，進行對應的力學性能試驗，結果詳見表1和表2。試樣熱處理步驟及工藝參數如下：

(1)固溶處理：1150±10℃，保溫0.5h～1h，水冷；

(2)時效處理：800±10℃，保溫8h，空冷。

本例-Co-Cr基時效硬化型高溫合金力學性能優異，不僅完全達到設計要求，而且在780℃高溫拉伸性能和蠕變性能方面表現更為優異，同時成本更低。本例Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金的冶煉方法，原料容易取得，條件容易控制，產品質量更為穩定，合格率達到99.9％，極大降低了生產成本，與現有技術相比，大約降低了15-25％。

在加工過程中，本例合金表現出良好的工藝性能。不管是在鍛造中還是在軋制中，合金的變形均很好，沒有出現邊裂、角裂、內裂等現象，低倍組織致密無冶金缺陷。

本例冶煉的合金化學成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的規定，詳見表3。

實施例2 Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金及其冶煉方法

Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金，其原料按元素計具有如下組成：

C 0.046(wt％)

Cr 19.94(wt％)

Co 20.10(wt％)

Mo 5.97(wt％)

Al 0.415(wt％)

Ti 2.19(wt％)

余量是Ni及不可避免的雜質。

本例冶煉方法參照實施例1。冶煉出的合金性能詳見表1和表2。

本例-Co-Cr基時效硬化型高溫合金力學性能優異，不僅完全達到設計要求，而且在780℃高溫拉伸性能和蠕變性能方面表現更為優異，同時成本更低。本例Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金的冶煉方法，原料容易取得，條件容易控制，產品質量更為穩定，合格率達到99.9％，極大降低了生產成本，與現有技術相比，大約降低了15-25％。

在加工過程中，本例合金表現出良好的工藝性能。不管是在鍛造中還是在軋制中，合金的變形均很好，沒有出現邊裂、角裂、內裂等現象，低倍組織致密無冶金缺陷。

本例冶煉的合金化學成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的規定，詳見表3。

實施例3 Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金及其冶煉方法

Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金，其原料按元素計具有如下組成：

C 0.068(wt％)

Cr 19.92(wt％)

Co 19.93(wt％)

Mo 5.96(wt％)

Al 0.49(wt％)

Ti 2.16(wt％)

余量是Ni及不可避免的雜質。

本例冶煉方法參照實施例1。冶煉出的合金性能詳見表1和表2。

本例-Co-Cr基時效硬化型高溫合金力學性能優異，不僅完全達到設計要求，而且在780℃高溫拉伸性能和蠕變性能方面表現更為優異，同時成本更低。本例Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金的冶煉方法，原料容易取得，條件容易控制，產品質量更為穩定，合格率達到99.9％，極大降低了生產成本，與現有技術相比，大約降低了15-25％。

在加工過程中，本例合金表現出良好的工藝性能。不管是在鍛造中還是在軋制中，合金的變形均很好，沒有出現邊裂、角裂、內裂等現象，低倍組織致密無冶金缺陷。

本例冶煉的合金化學成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的規定，詳見表3。

實施例4 Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金及其冶煉方法

Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金，其原料按元素計具有如下組成：

C 0.041(wt％)

Cr 19.86(wt％)

Co 20.07(wt％)

Mo 5.90(wt％)

Al 0.45(wt％)

Ti 2.18(wt％)

余量是Ni及不可避免的雜質。

本例冶煉方法參照實施例1。冶煉出的合金性能詳見表1和表2。

本例-Co-Cr基時效硬化型高溫合金力學性能優異，不僅完全達到設計要求，而且在780℃高溫拉伸性能和蠕變性能方面表現更為優異，同時成本更低。本例Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金的冶煉方法，原料容易取得，條件容易控制，產品質量更為穩定，合格率達到99.9％，極大降低了生產成本，與現有技術相比，大約降低了15-25％。

在加工過程中，本例合金表現出良好的工藝性能。不管是在鍛造中還是在軋制中，合金的變形均很好，沒有出現邊裂、角裂、內裂等現象，低倍組織致密無冶金缺陷。

本例冶煉的合金化學成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的規定，詳見表3。

實施例1-4的Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金，經機械性能試驗，結果表明其力學性能完全達到設計要求，試驗結果如下：

表1：780℃高溫拉伸性能

表2：蠕變性能

實施例5 Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金及其冶煉方法

Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金，其原料按元素計具有如下組成：

C 0.052(wt％)

Cr 19.83(wt％)

Co 20.11(wt％)

Mo 5.80(wt％)

Al 0.47(wt％)

Ti 2.13(wt％)

余量是Ni及不可避免的雜質。

本例冶煉方法參照實施例1。本例-Co-Cr基時效硬化型高溫合金力學性能優異，不僅完全達到設計要求，而且在780℃高溫拉伸性能和蠕變性能方面表現更為優異，同時成本更低。本例Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金的冶煉方法，原料容易取得，條件容易控制，產品質量更為穩定，合格率達到99.9％，極大降低了生產成本，與現有技術相比，大約降低了15-25％。

在加工過程中，本例合金表現出良好的工藝性能。不管是在鍛造中還是在軋制中，合金的變形均很好，沒有出現邊裂、角裂、內裂等現象，低倍組織致密無冶金缺陷。

本例冶煉的合金化學成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的規定，詳見表3。

實施例6 Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金及其冶煉方法

Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金，其原料按元素計具有如下組成：

C 0.060(wt％)

Cr 19.61(wt％)

Co 19.42(wt％)

Mo 5.76(wt％)

Al 0.40(wt％)

Ti 2.16(wt％)

余量是Ni及不可避免的雜質。

本例冶煉方法參照實施例1。本例-Co-Cr基時效硬化型高溫合金力學性能優異，不僅完全達到設計要求，而且在780℃高溫拉伸性能和蠕變性能方面表現更為優異，同時成本更低。本例Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金的冶煉方法，原料容易取得，條件容易控制，產品質量更為穩定，合格率達到99.9％，極大降低了生產成本，與現有技術相比，大約降低了15-25％。

在加工過程中，本例合金表現出良好的工藝性能。不管是在鍛造中還是在軋制中，合金的變形均很好，沒有出現邊裂、角裂、內裂等現象，低倍組織致密無冶金缺陷。

本例冶煉的合金化學成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的規定，詳見表3。

實施例7 Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金及其冶煉方法

Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金，其原料按元素計具有如下組成：

C 0.054(wt％)

Cr 19.66(wt％)

Co 20.17(wt％)

Mo 5.98(wt％)

Al 0.51(wt％)

Ti 2.15(wt％)

余量是Ni及不可避免的雜質。

本例冶煉方法參照實施例1。本例-Co-Cr基時效硬化型高溫合金力學性能優異，不僅完全達到設計要求，而且在780℃高溫拉伸性能和蠕變性能方面表現更為優異，同時成本更低。本例Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金的冶煉方法，原料容易取得，條件容易控制，產品質量更為穩定，合格率達到99.9％，極大降低了生產成本，與現有技術相比，大約降低了15-25％。

在加工過程中，本例合金表現出良好的工藝性能。不管是在鍛造中還是在軋制中，合金的變形均很好，沒有出現邊裂、角裂、內裂等現象，低倍組織致密無冶金缺陷。

本例冶煉的合金化學成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的規定，詳見表3。

實施例8 Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金及其冶煉方法

Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金，其原料按元素計具有如下組成：

C 0.049(wt％)

Cr 19.98(wt％)

Co 20.25(wt％)

Mo 5.99(wt％)

Al 0.55(wt％)

Ti 2.14(wt％)

余量是Ni及不可避免的雜質。

本例冶煉方法參照實施例1。本例-Co-Cr基時效硬化型高溫合金力學性能優異，不僅完全達到設計要求，而且在780℃高溫拉伸性能和蠕變性能方面表現更為優異，同時成本更低。本例Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金的冶煉方法，原料容易取得，條件容易控制，產品質量更為穩定，合格率達到99.9％，極大降低了生產成本，與現有技術相比，大約降低了15-25％。

在加工過程中，本例合金表現出良好的工藝性能。不管是在鍛造中還是在軋制中，合金的變形均很好，沒有出現邊裂、角裂、內裂等現象，低倍組織致密無冶金缺陷。

本例冶煉的合金化學成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的規定，詳見表3。

實施例9 Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金及其冶煉方法

Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金，其原料按元素計具有如下組成：

C 0.059(wt％)

Cr 20.09(wt％)

Co 20.28(wt％)

Mo 6.03(wt％)

Al 0.54(wt％)

Ti 2.23(wt％)

余量是Ni及不可避免的雜質。

本例冶煉方法參照實施例1。本例-Co-Cr基時效硬化型高溫合金力學性能優異，不僅完全達到設計要求，而且在780℃高溫拉伸性能和蠕變性能方面表現更為優異，同時成本更低。本例Ni-Co-Cr基時效硬化型高溫合金的冶煉方法，原料容易取得，條件容易控制，產品質量更為穩定，合格率達到99.9％，極大降低了生產成本，與現有技術相比，大約降低了15-25％。

在加工過程中，本例合金表現出良好的工藝性能。不管是在鍛造中還是在軋制中，合金的變形均很好，沒有出現邊裂、角裂、內裂等現象，低倍組織致密無冶金缺陷。

本例冶煉的合金化學成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的規定，詳見表3。

實施例1-9冶煉的合金的化學成份完全符合WS9-7035-96、WS9-7036-96的規定，詳見下表3：

表3(wt％)