[发明专利]一种高温合金铸件及其制备方法

说明书

本发明属于高温合金金属材料领域，涉及一种用于燃气轮机热端零部件的高温合金铸件及其制备方法。该合金的化学成分的质量百分比为：Cr 3.5～7.5％，Mo1.0～4.0％，W 4.5～8.5％，Re 0～4.0％，Ta 4.0～8.0％，Al 4.0～7.0％，Co 6.8～9.2％，Ti0～2.0％，C 0～0.05％，B 0～0.04％，Hf 0～0.4％，Nb 0～1％，Ni为余量。本发明通过控制Cr与Mo的质量百分比比值，调整W元素及(B+Hf)元素的配比，提高了合金的高温持久寿命、耐高温燃气热腐蚀性能、铸造工艺性能和小角度晶界缺陷的容限。该合金适于制造燃气轮机涡轮工作叶片和导向叶片。

技术领域

本发明属于高温合金金属材料领域，涉及一种用于燃气轮机热端零部件的高温合金铸件及其制备方法，尤其涉及一种用于制造燃气轮机涡轮工作叶片和导向叶片的耐热腐蚀长寿命高温合金。

背景技术

随着我国天然气资源的开发以及节能环保、经济社会可持续发展需求的日益凸显，与柴油机、蒸汽轮机等传统动力装置相比具有体积小、效率高、污染低、功率范围广等优点的燃气轮机被广泛用于工业发电、船舶动力、石油及天然气输送等领域。

燃气轮机热效率、输出功率和涡轮前进口温度的增加，对燃气轮机涡轮工作叶片和导向叶片等热端零部件用高温合金材料的承温能力及高温蠕变持久性能的需求也不断提升。

为了提高合金的承温能力及高温蠕变持久性能，合金中铼、钨、钼、钽等难熔元素的含量不断增加，然而增加难熔元素含量在改善合金承温能力、提高合金蠕变持久性能的同时，也容易促进服役过程中脆性TCP相等有害相的析出，从而破坏合金的高温长期时效组织稳定性并恶化合金的蠕变持久性能。

另一方面，与航空发动机相比，燃气轮机叶片尺寸、重量和工作寿命在数倍以上，并且具有复杂的外型和内腔结构。随着叶片尺寸的增大以及叶片外型、内腔结构复杂程度的增加，其定向凝固制备以及小角度晶界等缺陷控制的难度也大大增加，对合金的铸造工艺性能和小角度晶界缺陷容限要求不断提升。

此外，燃气轮机热端零部件用高温合金材料的服役环境复杂，燃油中含有硫、钒、钠等杂质及高温燃气的冲刷破坏，要求合金具有较好的耐热腐蚀性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种在地面燃气轮机、舰船燃气轮机等含腐蚀介质环境中使用的并具有长寿命要求的一种高温合金铸件及其制备方法。本发明的技术解决方案如下：

合金的化学成分的质量百分比为：Cr 3.5～7.5％，Mo 1.0～4.0％，W 4.5～8.5％，Re0～4.0％，Ta 4.0～8.0％，Al 4.0～7.0％，Co 6.8～9.2％，Ti 0～2.0％，C 0～0.05％，B 0～0.04％，Hf0～0.4％，Nb 0～1％，Ni为余量；合金中Cr、Mo、W、B和Hf的化学成分控制如下：1.0≤Cr与Mo的质量百分比比值≤7.5，W 4.5～8.5％；其中，当1.0≤Cr与Mo的质量百分比比值≤2.0时，W 4.5～6.0％，0.25％≤B+Hf≤0.44％；当2.0＜Cr与Mo的质量百分比比值≤4.0时，W 6.0～7.0％，0＜B+Hf＜0.25％；当4.0＜Cr与Mo的质量百分比比值≤7.5时，W 7.0～8.5％，0.25％＜B+Hf≤0.44％，铸件的制备步骤如下：

1)按所述合金化学成分配比进行配料，加入真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼过程包含熔化、精炼、降温、合金化及浇注五个步骤；在熔化步骤中，将镍、铬、钼、钨、铼、钽、钴、碳、铌装入坩埚，待化清后精炼30～50min，精炼结束后搅拌合金液熔体，然后停电降温直至合金液结膜；再通电，加入铝和钛并熔炼5～20min后搅拌合金液熔体，再加入硼和铪熔炼5～20min后搅拌合金液熔体，使成分均匀化；最后，停电降温，当合金液熔体温度达到浇注温度后进行浇注，浇注温度为1500～1600℃，浇注应带电并采用过滤器过滤合金液熔体，将合金液熔体浇注在锭模中制成母合金锭；