[发明专利]镍基合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于喷气推进和发电应用的镍基单晶高温合金组合物。所述材料相对于同等的合金级具有较低成本并且提供为燃气涡轮应用所必需的抗蠕变性和耐腐蚀性的组合。

背景技术

表1列出了经受高温的第二代镍基单晶高温合金的典型组成的实例。这些合金可用于制造飞行器和燃气涡轮发动机中使用的旋转/固定式涡轮叶片。

表1：商用的第二代单晶涡轮叶片合金中以重量％计的标称组成。

这些材料因其突出的抗机械降解性和抗化学降解性而在燃气涡轮发动机最热的部分内使用。它们含有多达十种不同的合金元素，这是赋予所需特性组合所必需的。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种镍基合金，其具有与表1中所列的商用第二代单晶涡轮叶片合金相比相对较低的成本。

本发明的一个目的是提供一种合金，其与表1中所列的第二代合金相比具有相似或改进的高温性能。

本发明提供了一种镍基合金组合物，其由以重量百分比计的以下各成分组成：7.0-11.0％的铬、4.0-14.0％的钴、1.0-2.0％的铼、5.5-11.0％的钨、0.0-0.5％的钼、4.0-6.5％的铝、8.0-12.0％的钽、0.0-至多0.5％的铪、0.0-0.5％的铌、0.0-0.5％的钛、0.0-0.5％的钒、0.0-0.1％的硅、0.0-0.1％的钇、0.0-0.1％的镧、0.0-0.1％的铈、0.0-0.003％的硫、0.0-0.05％的锰、0.0-0.05％的锆、0.0-0.005％的硼、0.0-0.01％的碳，其余为镍和附带的杂质。此组合物在成本、密度与抗蠕变性和抗氧化性之间提供良好的平衡。

在一个实施方案中，镍基合金组合物由以重量百分比计7.0-8.5％之间的铬组成。这样一种合金尤其对TCP形成有抗性，而仍具有良好的抗氧化性。

在一个实施方案中，镍基合金组合物由以重量百分比计4.0-12.0％的钴、优选7.0-11.0％的钴、更优选9.0-11.0％的钴、仍更优选9.2-14.0、12.0或11.0％的钴组成。随着最小量增加，这样一种合金越来越抗蠕变变形，同时观察到受限水平的蠕变各向异性(取向依赖)，尤其对于较低的最大量的钴来说。

在一个实施方案中，镍基合金组合物由以重量百分比计1.4-1.8％的铼组成。此组合物在成本与抗蠕变性之间具有进一步改进的折衷。

在一个实施方案中，镍基合金组合物由以重量百分比计6.0-11.0％的钨、优选8.0-10.5％的钨、更优选8.0-9.5％的钨组成。此组合物在低重量与抗蠕变性之间取得了平衡。

在一个实施方案中，镍基合金组合物由以重量百分比计5.5-6.5％的铝组成。此组合物实现了高抗蠕变性(通过高APB能)和减小的密度和/或提高的抗氧化性。

在一个实施方案中，镍基合金组合物由以重量百分比计8.0-10.5％的钽组成。这在抗蠕变性与密度之间提供了最佳平衡和/或防止了Eta(ε)相Ni₃Ta形成的可能性。合金优选由8.0-10.0％的钽、更优选8.0-9.5％的钽组成。这进一步降低了合金的成本以及Eta(ε)相Ni₃Ta形成的倾向。

在一个实施方案中，镍基合金组合物由以重量百分比计0.0-0.2％的铪组成。这对于约束合金中的附带杂质(例如碳)来说是最佳的。

在一个实施方案中，镍基合金组合物由以重量百分比计超过9.0％的钴、优选超过9.2％的钴组成。此组合物有助于降低γ-初始溶线温度(gamma-prime solvus temperature)、增加热处理窗、防止热处理过程期间的初熔。

在一个实施方案中，镍基合金组合物由以重量百分比计小于10.0％的钨、优选小于9.8％的钨组成。这样一种合金在抗蠕变性与密度和/或微结构稳定性之间具有最佳平衡。

在一个实施方案中，在镍基合金组合物中，元素钴与钨的总和以重量百分比计大于17％。这样一种合金具有优良的抗蠕变性。

在一个实施方案中，在镍基合金组合物中，元素钨与钽的总和以重量百分比计小于19％。这是有利的，因为这样的合金具有相对较低的密度。

在一个实施方案中，在镍基合金组合物中，元素铝与钽的总和以重量百分比计为13.5-16.5％。这有助于实现γ′的所需体积分数。

在一个实施方案中，在镍基合金组合物中，元素铼、铬和钨的总和以重量百分比计小于19％。此组合物尤其对TCP相形成有抗性。