[发明专利]镍-钴合金

说明书

Ni‑Co‑合金，所述合金具有30至65重量％Ni、>0‑最多10重量％Fe、>12至<35重量％Co、13至23重量％Cr、1至6重量％Mo、4至6重量％Nb+Ta、>0‑<3重量％Al、>0至<2重量％Ti、>0–最多0.1重量％C、>0–最多0.03重量％P、>0–最多0.01重量％Mg、>0–最多0.02重量％B、>0–最多0.1重量％Zr，所述合金满足以下所列出的要求和标准：a)在3原子％＜Al+Ti(原子％)＜5.6原子％以及11.5原子％＜Co＜35原子％的情况下，900℃＜γ'‑固溶温度＜1030℃；b)在800℃时效处理退火500h之后的稳定组织和比例Al/Ti>5(基于以原子％计的含量)。

本发明的主题涉及镍-钴合金。

燃气涡轮机中的旋转盘的重要金属材料是镍合金Alloy 718。在表1中列出根据标准AMS 5662的所述合金Alloy 718的化学组成。

在表2中列出根据标准AMS 5662的合金Alloy 718必须满足的机械性质的要求。此外，对于用作航空涡轮机中的旋转盘而言，要求按照蠕变测试在650℃的温度和550 MPa的负荷在35h的负载时间之后(在还更高的要求下在100h之后)<0.2％的伸长以及在疲劳强度试验(低循环疲劳，Low Cycle Fatigue/LCF-测试)中预期直至断裂的高循环数。在此，取决于测试条件，要求几万次循环直至大于十万次循环的循环数，所述测试条件基于不同的盘设计而指定。根据标准AMS5662，必须满足在三阶段退火之后的机械要求：在介于940和1000℃之间的退火温度的一阶段固溶退火+在720℃时效硬化8 h+620℃维持8 h。

两个析出相实质上对镍合金Alloy 718的高的强度特性负责。这一方面是γ-相Ni₃Nb和另一方面为γ'-相Ni₃(Al,Ti)。第三基本析出相是δ-相，其将合金Alloy 718的应用温度限制在650℃的最高温度，因为高于该温度亚稳的γ”-相转变为稳定的δ-相。通过该转化，材料损失其蠕变强度特性。然而，在材料Alloy 718从再熔炼铸锭到经锻造的钢坯的半成品的制造过程中，δ-相在锻造工艺期间具有重要作用，从而实现非常细晶粒的均匀的晶粒结构。在δ-相的析出温度范围内锻造温度的情况下，在晶粒细化中产生小份额的δ-相的析出。钢坯组织的该小晶粒仍然存在或者由于在尤其是涡轮机盘的制造时的热加工而还是细晶粒的，虽然在该情况下从低于δ-相-固溶温度的温度开始锻造。非常细晶粒的组织是在LCF测试的情况下直至断裂的非常高的循环数的前提条件。因为合金Alloy 718的γ’-相的析出温度比大约1020℃的δ-相-固溶温度低得多，所述合金Alloy 718具有宽的成型温度窗口，从而使得从铸锭锻造成钢坯或从钢坯锻造成涡轮机盘在由于γ'-相析出的可能的表面断裂方面是没有困难的，在非常低的温度锻造时可能出现所述表面断裂。因此，合金Alloy718在热成型工艺方面是非常好的。然而，不足之处在于合金Alloy 718的直至650℃的相对低的应用温度。

另一种镍合金“Waspaloy”由于在直至约750℃的较高温度的良好 的组织稳定性而出众并且因此提供比合金Alloy 718高约100 K的应用温度。合金Waspaloy由于元素Al和Ti的更高的合金份额而达到了在高至更高的温度的组织稳定性。由此，合金Waspaloy具有γ’-相的高的固溶温度，这使得较高的应用温度成为可能。合金Waspaloy的化学组成在表3中根据标准AMS 5704列出。