[发明专利]Ni基超耐热合金的制造方法

说明书

本发明提供一种即使在高应变速率下也具有良好的热加工性的Ni基超耐热合金的制造方法。Ni基超耐热合金的制造方法包含：预加热工序，使用被热加工材料，在980℃～1050℃且以γ'相的固溶温度－30℃为上限的温度范围加热10小时以上，其中，所述被热加工材料按质量％计，具有如下组成：C：0.001～0.05％、Al：1.0～4.0％、Ti：3.0～7.0％、Cr：12～18％、Co：12～30％、Mo：1.5～5.5％、W：0.5～2.5％、B：0.001～0.05％、Zr：0.001～0.1％、Mg：0～0.01％、Fe：0～5％、Ta：0～3％、Nb：0～3％，剩余部分由Ni以及不可避免的杂质构成，并且所述被热加工材料的γ'相的固溶温度为1050℃以上；以及热加工工序，在980℃～1050℃且以γ'相的固溶温度－30℃为上限的温度范围，以应变速率为2.0/秒以上的加工速度对预加热工序后的被热加工材料实施热加工。

技术领域

本发明涉及一种Ni基超耐热合金的制造方法。

背景技术

在航空发动机、发电用燃气轮机的耐热构件中，利用含有许多Al、Ti等合金元素的、γ’(Gamma prime)相析出强化型的Ni基超耐热合金。Ni基超耐热合金主要由作为Ni固溶体的γ相(基体)、以及作为L1₂型的金属间化合物Ni₃(Al、Ti)的γ’相(析出相)构成。为了提高发动机效率，尽可能在高温下使涡轮运转是有效的，为此，需要提高各涡轮构件的耐用温度。为了提高Ni基超耐热合金的耐用温度，提高γ’相的量是有效的，因此，在被要求高强度的构件中，使用γ’相的析出量多的合金。此外，在用于旋转部件等的涡轮构件中常常要求高疲劳强度，该情况下，通过对作为使合金熔化并凝固的状态的铸造组织进一步赋予热加工来促进再结晶，形成使基体(Matrix)的晶粒尺寸处于均质且微细的状态的再结晶组织，由此，开始能够耐受实际的使用环境。

另一方面，若从将Ni基超耐热合金热加工至规定的形状的观点考虑，则γ’相的量存在限制。这是因为，当作为强化相的γ’相的量过多时，随着变形阻力的提高，热延展性降低，在热加工工序中材料裂纹的敏感性提高。因此，一般情况下，与不借助于热加工的铸造合金相比，Al、Ti等有助于强化的成分的添加量受到限定。

实际上，作为疲劳强度被重视的涡轮构件的代表，可列举出涡轮盘、涡轮壳、涡轮轴等。它们均是产品尺寸大或者长的构件，因此，为了高效率且高成品率地制造它们的坯料，理想的是，根据产品的形状，应用以高速锻造机、环形件轧机(ring rolling mill)等为代表的高速热加工机实施热加工。这是因为，与同样在工业上使用的自由锻造压力机相比，这些高速热加工机以少的加热次数且短的加工时间进行热加工，因此，能够高效率地得到规定的形状。

另一方面，在使用了这种高速热加工机的情况下，会以更短的加工时间赋予一定的加工量，其结果是，材料变形时的应变速率提高。由于热加工时的应变速率的提高会增大Ni基超耐热合金的变形阻力，因此，热延展性显著降低。当使用高速锻造机、环形件轧机时，与使用自由锻造压力机的情况相比，会在3倍以上的高应变速率下进行热加工。

当在高温区域对金属材料进行热加工时，变形阻力、热加工性根据应变速率的大小而不同，当应变速率快时，变形阻力增大，热延展性趋于降低。这是因为，应变速率越快，越不会发生作为热激活过程的回复，加工硬化因在加工过程中升高的位错密度而变得显著。进而，在以高应变速率对γ’相多的合金进行加工的情况下，由于γ’相会阻碍位错的移动，因此，显示出更显著的加工硬化。因此，γ’相析出型的超耐热合金的γ’相越多，在高应变速率下，热延展性越降低。

由于这种缘故，与使用自由锻造压力机的情况相比，在使用高速热加工机、环形件轧机对γ’相多的合金实施热加工的情况下，材料裂纹的敏感性提高，加工变得困难。实际上，与自由锻造压力机相比，能够应用高速热加工机、环形件轧机的超耐热合金的种类受到限定。