[发明专利]一种高强抗热腐蚀低偏析定向高温合金

说明书

技术领域：

本发明涉及定向凝固高温合金领域，具体为一种高强抗热腐蚀低偏析定向高温合金及其定向凝固工艺和热处理方法。

背景技术：

高温合金的性能是随着燃气涡轮机发展而提高的。燃气涡轮机是飞机的最主要部件，其具有先进的动力装置，重量小和功率大的特点。而涡轮叶片是燃气轮机的最重要零件，所以叶片的安全性和稳定性，对于燃气轮机和飞机的安全运行至关重要。早期，燃气轮机主要用于航空；后来逐渐推广到海上和陆上。使用环境的变化，对叶片材料的要求也随着变化。早期应用于航空的高温合金，应用到海上或者陆上，原来设计计的使用寿命是几千到几万个小时，可是使用几十个小时就损坏了。之后经研究证明，由于在海上使用，避免不了海水蒸发的钠盐进入燃机；在陆上使用，燃机也会吸入大量的钠、钾等碱金属。这些碱金属与燃油中不可避免的硫在高温下反应，生成Na₂SO₄盐。当Na₂SO₄盐蒸气达到一定的浓度，在温度适合的情况下，就会在燃机叶片上沉积一层液态Na₂SO₄。这层液态Na₂SO₄可使普通的高温合金在很短的时间内被氧化成氧化物，即热腐蚀。

对于在沿海工作的飞机来说，叶片材料的强度也是非常重要的。由于叶片在工作时会受到离心力和冲击等高应力作用。所以要满足飞机在沿海工作需要，涡轮叶片材料应具备很高强度和优异的抗热腐蚀性能。

为了使合金的力学性能和抗腐蚀性能都达到所要求的指标，在合金的冶炼过程中应用了低偏析技术。该技术的发明起始于80年代，先后在M38G和DZ125L合金上得到了成功应用。所谓的低偏析技术，就是通过严格控制合金中某些有害微量元素，减少合金凝固偏析。这种高纯度的、凝固偏析低的高温合金，不仅使用温度比普通高温合金提高20～25℃，而且明显改善叶片生产工艺，特别是定向叶片生产工艺性能。由于低偏析合金温度区间明显缩小了，大大有利于定向凝固的生长。使一些原来不宜于定向凝固的合金，也可定向生长。国际上认为In738(M38)合金是不宜于定向生长的。但是经低偏析技术处理后，却有了极优良的定向生长性能。

M38G就是在M38的基础上运用低偏析技术，使得合金的凝固偏析减少了，工艺和力学性能都进一步提高，而抗热腐蚀能力相当。例如在相同的温度和压力下，M38G比M38的持久寿命大约延长了三倍；合金的承温能力也提高25℃。但这种具有优异抗热腐蚀性能的高温合金，其力学性能较差。例如：室温下，M38G的抗拉强度和屈服强度只在100MPa左右，相对于航空发动机叶片的强度相差很多。

DZ125L是用于高性能航空飞机发动机的涡轮叶片材料。这个材料是在美国70年代末研制出的Rene`125高性能的涡轮叶片材料的基础上，应用低偏析技术改进后，而成功发展成为高强度低偏析定向高温合金。由于DZ125L采用低偏析技术，使合金的强度比原合金明显提高，定向凝固工艺性能也大大改善，是目前国内使用性能最高的定向凝固合金。不过该合金的抗热腐蚀能力较差，在有钠盐高温腐蚀的条件下，这个材料会在相对较短的时间内损坏。

发明内容：

为了满足飞机在沿海工作需要，本发明的目的在于提供一种高强抗热腐蚀低偏析定向高温合金及其定向凝固工艺和热处理方法。该合金不仅满足航空发动机涡轮叶片的强度设计要求，而且还有优异的抗热腐性能。这样该合金应用在飞机发动机上，既可以满足飞机在高空飞行的需要，又可以满足飞机在沿海腐蚀环境下飞行的需要。

本发明的技术方案是：

一种高强抗热腐蚀低偏析定向高温合金，按重量百分含量计，其化学成分如下：

Co 9-12；Cr 11-16；Mo 1-3；W 4-7；Al 4-7；Ta 4-7；Ti 0-2；Re 2-3；C 0.01-0.15；B 0.005-0.02；Ni余量。

所述的高强抗热腐蚀低偏析定向高温合金，杂质元素重量百分含量控制如下：Si≤0.15；Mn≤0.15；Fe≤0.3；Zr≤0.05；P≤0.001；S≤0.002；Sb≤0.001；As≤0.0005；Sn≤0.001；Ag≤0.0005；Bi≤0.0005；Pb≤0.0005。

所述的高强抗热腐蚀低偏析定向高温合金的凝固工艺，合金采用定向凝固工艺，控制浇注温度：1530±30℃，壳型温度：1530±30℃，拉伸速度：4-7mm/min。

所述的高强抗热腐蚀低偏析定向高温合金的热处理工艺，合金的热处理制度如下：