[发明专利]一种低铼抗热腐蚀长寿命高强度第二代镍基单晶高温合金及其热处理工艺

说明书

本发明公开了一种低铼抗热腐蚀长寿命高强度第二代镍基单晶高温合金及其热处理工艺，属于抗热腐蚀镍基单晶高温合金技术领域。按重量百分含量计，该合金化学成分为：Cr：8.0～11.0％，Co：7.0～11.0％，Mo：0.1～0.5％，W：3.0～6.0％，Ta：4.0～7.0％，Al：3.8～5.2％，Ti：0～3.0％，Re：1.0～3.0％，C：0～0.2％，其余为Ni；6.0wt.％≤Al+Ti≤8.0wt.％，Al/Ti>1。该合金具备与典型第二代高强单晶合金相当的高温力学性能，并且具有良好的抗热腐蚀性能和长期组织稳定性。

技术领域

本发明属于抗热腐蚀镍基单晶高温合金技术领域，具体涉及一种低铼抗热腐蚀长寿命高强度第二代镍基单晶高温合金及其热处理工艺，主要适用于在高温热腐蚀条件下承受较高应力的零部件，包括地面工业燃气轮机的高温涡轮部件以及各类海洋环境下服役的舰船和舰载机的高温涡轮部件。

背景技术

随着航空发动机和燃气轮机技术的发展，进气温度不断提升，对材料承温能力的要求越来越高，对于地面工业燃气轮机以及海洋环境下应用的舰船和舰载机的高温涡轮部件，不仅要求其具备较高的高温力学性能，特别是长时高温力学性能，同时要求具备优异的抗热腐蚀性能。另外，对于长寿命服役的高温涡轮部件，合金还必须兼具良好的长期组织与性能稳定性。目前，欧美发达国家研制的抗热腐蚀单晶高温合金主要包括PWA1483、CMSX-11B、CMSX-11C等合金，国内研制的抗热腐蚀单晶高温合金主要有DD8、DD10和DD413等合金，Cr元素是提高合金抗热腐蚀性能的主要合金元素，这些抗热腐蚀单晶合金普遍含有较高含量的Cr元素，因此这些合金具备优异的抗热腐蚀性能，但Cr含量的大量添加会增加合金TCP相的析出倾向，并限制了其他难熔元素(Re+W+Mo+Ta)的添加含量，直接导致这些合金的高温强度远达不到国内外第二代抗热腐蚀高温合金的水平。目前，随着航空发动机和燃气轮机进口温度的不断提升，在推向市场的G/H级燃气轮机中，美国GE等公司使用了含3％Re元素的第二代单晶高温合金(例如René N5和CMSX-4合金)被广泛应用于单晶涡轮叶片的制备。然而，典型的第二代高强单晶合金René N5和CMSX-4等合金，虽然具备优异的高温力学性能，但是由于合金中的抗热腐蚀元素Cr含量较低(低于8％)，导致合金的抗热腐蚀性能达不到热腐蚀服役环境下的使用要求，对于长时服役在热腐蚀环境条件下的地面燃气轮机以及舰船、舰载机的高温涡轮部件，一旦防护涂层出现损伤脱落，高温涡轮部件将面临严重的热腐蚀损伤甚至断裂失效风险。目前，具有较高的高温力学性能，并且兼具良好抗热腐蚀性能和长期组织稳定性的单晶高温合金在国内外的种类均比较少见。

针对上述背景，国内外高温合金领域研究者期待获得一种具备良好的抗热腐蚀性能，高温力学性能与国外典型第二代高强单晶合金相当，并且具有良好的长期组织稳定性的低铼抗热腐蚀长寿命高强度镍基单晶高温合金。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低铼抗热腐蚀长寿命高强度镍基单晶高温合金及其热处理工艺，该合金具备与典型第二代高强单晶合金相当的高温力学性能，并且具有良好的抗热腐蚀性能和长期组织稳定性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种低铼抗热腐蚀长寿命高强度镍基单晶高温合金，按重量百分含量计，该合金化学成分如下：

Cr：8.0～11.0％，Co：7.0～11.0％，Mo：0.1～0.5％，W：3.0～6.0％，Ta：4.0～7.0％，Al：3.8～5.2％，Ti：0～3.0％，Re：1.0～3.0％，C：0～0.2％，其余为Ni；其中：6.0％≤Al+Ti≤8.0％，Al/Ti>1。

本发明镍基单晶高温合金优选的化学成分如下(wt.％)：