[发明专利]高温合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温合金材料，尤其涉及一种用于航空、航天及核工业领域的Ni-Cr-W系高温合金材料及其制备方法。

背景技术

航空发动机部件的工作环境对材料提出了苛刻的使用要求。

首先是高温。航空喷气发动机从压气机到尾喷管，各零部件在一定温度下工作，有些零件要在800℃以上的条件下长期工作。

其次是高应力。一些高温部件，由于震动、气流的冲刷，特别是旋转造成的离心作用，将承受较大的应力。如涡轮叶片的应力可达300～409Mpa。

再次是氧化和腐蚀等化学作用。燃气中存在大量的氧、水气，并存在SO₂、H₂S等腐蚀性气体，都对高温零件起氧化和腐蚀作用。

而且，随着航空燃气涡轮发动机的发展，推重比的增加，发动机部件的工作环境日益苛刻。以涡轮进口温度为例，现役机种为1600K左右，在研机种达到1850～1950K，预研机种将高达2250～2350K。发展更高推重比的燃气涡轮发动机，首要任务是研制使用性能优异的高温材料。

航空发动机对高温材料的基本要求主要是：

1、较高的热稳定性，即高温下的抗腐蚀（主要是抗氧化）能力；

2、高的热强度；

3、良好的工艺性能。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种高温合金材料及其制备方法，满足航空发动机部件在其工作环境下的使用要求。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种高温合金材料，包括：

C：0.05～0.15(重量百分比)；Cr：20.0～24.0(重量百分比)；

Mo：1.00～3.00(重量百分比)；W：13.0～15.0(重量百分比)；

Si：0.25～0.75(重量百分比)；Mn：0.30～1.00(重量百分比)；

Co：1.00～3.00(重量百分比)，余量是Ni和杂质。

为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：

根据本发明的一个实施方案，所述杂质包括：

P≤0.015(重量百分比)；S≤0.005(重量百分比)；

Fe≤3.00(重量百分比)；Ti≤0.010(重量百分比)。

本发明还可以是：

一种制备高温合金材料的方法，包括：

（1）取所需元素于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1540～1560℃；在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素的含量尽量低，溶液浇注成自耗电极；

（2）将自耗电极于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，使其符合设计要求，重熔成电渣锭。

根据本发明的一个实施方案：

1）将电渣锭加热锻造制成钢棒，步骤及工艺参数如下；

将钢棒加热至1200～1230℃，保温24小时后炉冷至1110～1130℃、再保温2～3小时，开始锻造；

2）钢棒锻后空冷至室温；

3）钢棒表面处理，对成品钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得成品钢棒。

4）在成品钢棒上取样检验力学性能，进行对应的力学性能试验；

--试样热处理步骤及工艺参数如下：

固溶：加热温度1200～1240℃时间1小时

冷却方式：水冷

--试样室温拉伸试验技术要求如下：

抗拉强度  Rm≥760Mpa

屈服强度  RP0.2≥310Mpa

伸长率    A4≥40％

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

本发明的技术方案中，采用上述材料及相应工艺方法制备的高温合金材料，经室温拉伸试验，结果表明其力学性能完全达到设计要求，试验结果如下：

室温拉伸：