[发明专利]一种粉末高温合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种粉末高温合金，属于金属材料技术领域，解决了当前航空发动机中涡轮盘等热端部件对高温合金材料要求苛刻、而现有高温合金材料无法满足其性能要求的技术问题。该粉末高温合金的化学成分及其质量分数为：Cr 7～12％；Co 15～20％；W 2.5～3.5％；Mo 2.5～3.5％；Ta 2.2～2.8％；Nb 2.2～2.8％；Al 3.0～3.6％；Ti 2.8～3.4％；Hf 0.3～0.7％；C 0.03～0.08％；B 0.03～0.06％；Zr 0.03～0.06％，余量为Ni。该粉末高温合金具有良好的高温强度和高温组织稳定性，以及优异的高温蠕变性能和高温持久性能，主要用于制备航空发动机涡轮盘等热端部件。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种应用于航空发动机涡轮盘的新型第四代粉末高温合金及其制备方法。

背景技术

涡轮盘是航空发动机中最为重要的热端部件之一，其工作条件对材料的高温组织稳定性、高的比强度、高损伤容限、高蠕变性能和热疲劳性能、抗氧化和耐腐蚀性等要求十分苛刻。粉末高温合金具有组织均匀、无宏观偏析、晶粒细小、屈服强度高、疲劳性能好等优点，因此，成为制备涡轮盘的首选材料。

美国于上世纪六十年代制定了MATE计划(先进涡轮发动机材料研究计划)，开始研制粉末高温合金。从其发展历程来看：第一代合金(以René95为代表)属于高强型，第二代合金(以René88DT为代表)属于损伤容限型，这两代合金的工作温度在650～700℃之间，被应用于推重比为7～8的第三代发动机；第三代合金(以René104为代表)属于高强/高损伤容限型，在700℃左右长期工作的组织稳定性比第一、二代合金显著增强，热时寿命提高20～30倍，最高工作温度达760℃左右，被应用于推重比为10的第四代发动机。对于推重比将达到20的在研VAATE(通用的、经济可承受的先进涡轮发动机计划)发动机，其高压涡轮盘的最高工作温度将达到815℃或更高。这比第三代合金的承温能力高出50℃以上。目前，美国正在研制用于VAATE发动机的第四代合金。

国内粉末高温合金的研制工作始于1977年，目前，已成功研制的合金有FGH95、FGH96、FGH97和FGH98；而上述四种粉末高温合金远远不能满足航空设备尤其是航空发动机涡轮盘的要求，所以，对于粉末高温合金，我们还需要投入更多的研究，进一步提高粉末高温合金的综合性能。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种应用于航空发动机涡轮盘的新型第四代粉末高温合金及其制备方法，用以满足国内航空设备尤其是航空发动机涡轮盘的高性能要求。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种粉末高温合金，该合金的化学成分及其质量分数为：Cr 7～12％；Co 15～20％；W 2.5～3.5％；Mo 2.5～3.5％；Ta 2.2～2.8％；Nb 2.2～2.8％；Al3.0～3.6％；Ti 2.8～3.4％；Hf 0.3～0.7％；C 0.03～0.08％；B 0.03～0.06％；Zr 0.03～0.06％，余量为Ni。

其中，该新型第四代粉末高温合金中Al、Ti、Nb、Ta为γ′相形成元素，Cr、Co、W、Mo为固溶强化元素，C、B、Zr、Hf为晶界强化元素。

优选地，粉末高温合金中Al、Ti、Nb、Ta的总质量分数为：10.4％≤(Al+Ti+Nb+Ta)≤12.2％。

优选地，粉末高温合金中Al、Ti的总质量分数为：6.0％≤(Al+Ti)≤6.5％，Al、Ti的质量比为1.00≤(Al/Ti)≤1.28。

优选地，粉末高温合金中Nb、Ta、Hf的总质量分数为：5.0％≤(Nb+Ta+Hf)≤5.9％；

Nb、Ta的质量比为：0.7≤(Nb/Ta)≤1.1。