[发明专利]一种裂纹敏感性低、低密度、高强度镍基高温合金

说明书

本发明涉及高温合金零部件增材制造及修复领域，具体为一种裂纹敏感性低、低密度、高强度镍基高温合金，该合金主要适用于高温合金零部件修复及中低温高温合金部件的增材制造。该合金组成成分构成和各成分的质量含量满足下述要求：Cr：9.0～11.0％，Co：9.0～11.0％，Mo：4.0～6.0％；Nb：3.0～5.0％，Al：3.0～5.0％，Ti：0.5～2.0％，Si：0～0.6％，C：0～0.02％，Hf：0.1～0.6％，其余为Ni。该合金不仅制备过程中裂纹敏感性低，还具有低密度、低成本、中低温强度高、抗氧化性优良等特点，适于增材制造高温合金零部件及修复高温合金零部件。

技术领域：

本发明涉及高温合金零部件增材制造及修复领域，具体为一种裂纹敏感性低、低密度、高强度镍基高温合金，该合金主要适用于高温合金零部件修复及中低温高温合金部件的增材制造。

背景技术：

增材制造技术已成为复杂结构高温合金零部件最具潜力的制备及修复技术。在将增材制造技术推广到其他高性能高温合金时，发现虽然现有高性能高温合金种类繁多，但均是针对传统制备工艺(如：铸造、变形等)而研发的。增材制造技术成形过程与传统工艺完全不同，现有牌号的这些高性能高温合金在利用该技术制备零部件或修复损伤零部件时，所得显微组织和合金化特征与传统铸件、锻件等存在较大差异，极易产生裂纹等缺陷。目前，可用于增材制造的高温合金(如：IN625)，强度较低，不适合制备高温合金零部件，只能用于修复强度要求不高的区域，严重制约了增材制造技术向高性能高温合金领域的推广。鉴于此，人们期望获得一种增材制造过程中裂纹敏感性低、且强度优于IN625的高性能高温合金材料。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种裂纹敏感性低、低密度、高强度镍基高温合金，该合金适用于高温合金零部件增材制造及修复领域，制备过程中不易出裂纹，且密度低，力学性能显著优于现有IN625合金。

本发明的技术方案是：

一种裂纹敏感性低、低密度、高强度镍基高温合金，镍基高温合金的组成成分构成和各成分的质量含量满足下述要求：

Cr：9.0～11.0％，Co：9.0～11.0％，Mo：4.0～6.0％；Nb：3.0～5.0％，Al：3.0～5.0％，Ti：0.5～2.0％，Si：0～0.6％，C：0～0.02％，Hf：0.1～0.6％，其余为Ni。

所述的裂纹敏感性低、低密度、高强度镍基高温合金，镍基高温合金的组成成分构成和各成分的质量含量满足下述要求：

Cr：9.5～10.5％，Co：9.5～10.5％，Mo：4.5～5.7％；Nb：3.2～4.2％，Al：3.5～5.0％，Ti：1.0～2.0％，Si：0.2～0.5％，C：0.005～0.017％，Hf：0.3～0.5％，其余为Ni。

所述的裂纹敏感性低、低密度、高强度镍基高温合金，镍基高温合金中，杂质成分及含量满足下述要求：

O≤0.005，N≤0.002，S≤0.005，P≤0.015。

本发明合金(合金牌号取名为ZK401)的化学成分设计主要基于以下原因：

该合金为镍基高温合金，合金中含有Al、Ti、Nb等促进γ'强化相析出元素，Cr、Mo、Co等固溶强化元素，以及C、Si、Hf等晶界强化元素。

Cr元素在镍基高温合金中主要起固溶强化和抗氧化腐蚀的作用，还可以与C元素形成碳化物，起沉淀强化的作用。但合金中Cr元素含量过高会促进拓扑密排相(TCP相)的析出。为此，本发明合金中Cr元素的含量控制在9.0～11.0％。

Co元素与基体Ni能完全互溶，可扩大γ-Ni相区，在合金中起固溶强化的作用。Co还可以降低合金基体的层错能，提高合金的中温性能，改善合金成形性能和组织稳定性。为此，本发明合金中Co元素含量为9.0～11.0％。