[发明专利]一种γ＇相强化钴基高温合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种γ＇相强化钴基高温合金及其制备方法，属于高温合金领域，其合金化学成分按重量百分比计为：Al：3～6%，W：6～20%，Ti：2～6%，Ta：2～6%，Ni：18～38%，Cr：0～10%，Mo：0～5%，Nb：0～2%，Si：0～2%，余量Co。本发明采用真空电弧炉熔炼，在1250～1300℃进行固溶热处理，并在900～1150℃进行时效热处理。该合金由具有L1₂晶体结构的γ＇相强化，其具有立方形貌且体积分数大于65%，并均匀分布于具有A1晶体结构的γ基体中。该合金的γ/γ＇两相组织在900～1150℃稳定存在，且无二次相析出，是航空发动机和工业燃气轮机热端部件的候选材料。

技术领域

本发明属于高温合金技术领域，涉及一种γ＇相强化钴基高温合金及其制备方法。

背景技术

高温合金以其优异的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能而成为航空发动机和工业用燃气轮机的热端部件不可替代的关键材料。其中，钴基高温合金在上世纪三十年代到五十年代就已率先在燃气轮机热端部件上得到应用，其与镍基高温合金相比具有更高的熔点、更好的抗热腐蚀、抗热疲劳以及焊接性能。然而，传统钴基高温合金中因缺少L1₂型γ＇相强化机制，高温强度和承温能力显著低于由γ＇相强化的镍基高温合金，并逐步被其取代。

2006年，Sato等人在Co-Al-W基合金中发现了高温稳定存在的L1₂型γ＇强化相，其溶解温度约为1000℃。随后，其他学者研究表明：Co-Al-W基多晶和单晶合金在850℃和900℃的蠕变性能分别与镍基多晶合金IN100和第一代镍基单晶高温合金RenéN4相当。因此，这种新型钴基合金表现出巨大的发展潜力，并有可能成为新一代的高温结构材料，从而迅速成为国际高温合金界的研究热点。但是，目前存在的Co-Al-W基合金的γ＇相溶解温度大多低于1150℃，只有少数报道高于这个数值，如冯强等人(中国专利，专利号ZL201310018243.3《一种高温稳定γ＇相强化的钴基高温合金及其制备方法》)所公布的1184℃。并且，现存的Co-Al-W基合金在高温容易析出有害的二次相，不易在1150℃以上形成稳定存在的γ/γ＇两相组织。然而，先进镍基单晶高温合金的γ＇相溶解温度已经超过1300℃，这表明新型钴基高温合金的承温能力与镍基高温合金相比依然有较大差距。另一方面，大部分现存Co-Al-W基合金密度高于9.3g cm^-3，高于先进镍基高温合金(7.9～9.2gcm^-3)，限制了新型钴基高温合金在发动机中的应用。

因此，有必要开发一种γ＇相溶解温度高于1200℃且易于在1150℃以上形成稳定存在γ/γ＇两相组织的低密度钴基高温合金。

发明内容

本发明的目的在于提供一种γ＇相溶解温度大于1200℃且密度相对较低(8.74～9.21g cm^-3)的Co-Al-W基高温合金及其制备方法，经过反复熔炼、固溶和时效热处理后，使所得到的Co-Al-W基高温合金可在1150℃以上形成γ＇相形貌立方且体积分数大于65％的γ/γ＇两相组织，并且在1150℃时效1000小时后，仍然保持γ＇相立方形貌且体积分数大于45％的γ/γ＇两相组织，无二次相析出。

本发明通过如下技术方案实现：

一种γ＇相强化钴基高温合金，其合金化学成分按重量百分比为Al：3～6％，W：6～20％，Ti：2～6％，Ta：2～6％，Ni：18～38％，余量Co。

上述合金还可以包含Cr：0～10％，Mo：0～5％，Nb：0～2％，Si：0～2％，B：0～1％中的一种或任意几种。

所述合金化学成分按重量百分比应满足Al:W的范围为0.2～0.5。

该合金经过固溶和时效热处理后为两相组织，分别为A1晶体结构的γ基体相和L1₂晶体结构的γ＇析出相，其中γ＇相形貌为立方状且体积分数大于65％。