[发明专利]镍基合金

说明书

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：3.5％至6.5％的铬、0.0％至12.0％的钴、4.5％至11.5％的钨、0.0％至0.5％的钼、3.5％至7.0％的铼、1.0％至3.7％的钌、3.7％至6.8％的铝、5.0％至9.0％的钽、0.0％至0.5％的铪、0.0％至0.5％的铌、0.0％至0.5％的钛、0.0％至0.5％的钒、0.0％至0.1％的硅、0.0％至0.1％的钇、0.0％至0.1％的镧、0.0％至0.1％的铈，0.0％至0.003％的硫、0.0％至0.05％的锰、0.0％至0.05％的锆、0.0％至0.005％的硼、0.0％至0.01％的碳，其余为镍和附带的杂质。

技术领域

本发明涉及一种设计用于高性能喷射推进应用的镍基单晶高温合金组合物。合金—第四代单晶镍基高温合金—表现出抗蠕变性与抗氧化性的组合，其与同等级的合金相当或比同等级的合金更好。新合金的设计也考虑了合金的密度、成本、加工和长期稳定性。

背景技术

表1中列出了第四代镍基单晶高温合金的通常组成的实例。这些合金可用于制造燃气涡轮发动机中使用的旋转/固定式涡轮叶片。

表1：商用第四代单晶涡轮叶片合金的以重量％计的标称组成。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种合金，其与表1中列出的第四代合金相比具有相似或改善的高温表现。

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：3.5％至6.5％的铬、0.0％至12.0％的钴、4.5％至11.5％的钨、0.0％至0.5％的钼、3.5％至7.0％的铼、1.0％至3.7％的钌、3.7％至6.8％的铝、5.0％至9.0％的钽、0.0％至0.5％的铪、0.0％至0.5％的铌、0.0％至0.5％的钛、0.0％至0.5％的钒、0.0％至0.1％的硅、0.0％至0.1％的钇、0.0％至0.1％的镧、0.0％至0.1％的铈，0.0％至0.003％的硫、0.0％至0.05％的锰、0.0％至0.05％的锆、0.0％至0.005％的硼、0.0％至0.01％的碳，其余为镍和附带的杂质。该组合物在成本、密度、以及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4.0％至5.0％的铬组成。这样的合金尤其对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，镍基合金组合物含有至少0.1重量％的钴以增加抗蠕变性并降低γ'溶线温度(solvus temperature)，从而增加固溶窗(solutioning window)。

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％至11.0％的钴组成。这样的合金具有改善的抗蠕变变形，同时观察到受限水平的蠕变各向异性(取向依赖)，并且由于γ'溶线温度降低而增加了加工的容易性。10.9％的最大钴量进一步限制了蠕变各向异性。

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％至9.5％的钨组成。该组合物在降低的成本、低的重量与抗蠕变性之间达成折衷。

在一个实施方案中，镍基合金组合物由以重量％计至少7.1％的钨组成，以实现高的抗蠕变性。

在一个实施方案中，镍基合金组合物由以重量百分比计3.7％至6.6％的铝、优选5.1％至6.6％的铝、或者更优选5.5％至6.6％的铝组成。该组合物实现了高抗蠕变性和降低的密度，同时提高了抗氧化性。

在一个实施方案中，镍基合金组合物由以重量百分比计5.0％至9.0％的钽组成。这在抗蠕变性、易于制造(基于固溶窗)、以及密度之间提供了平衡和/或防止Eta(ε)相Ni₃Ta形成的可能性。优选地，合金由5.0％至7.3％的钽组成。这进一步降低了合金的成本和密度，增加了固溶窗以及ε相形成的倾向。