[发明专利]单晶镍基高温合金及航空发动机涡轮部件

说明书

本发明涉及高温合金技术领域，公开了一种单晶镍基高温合金及航空发动机涡轮部件。所述单晶镍基高温合金，按质量百分比组成包括：Cr：3‑4％；Co：5.5～6.5％；Mo：0.3‑0.5％；W：6‑7％；Ta：6.5‑7.5％；Hf：0.08‑0.12％；Al：5‑6％；Ru：4.7‑5.3％；Re：6.1‑6.7％；余量为Ni和不可避免的杂质。相比于典型的第五代单晶合金TMS173和TMS196，通过增加Co、W和Ta的含量，增强了高温合金的固溶能力、热强度和铸造性能；通过减少Mo的含量，增强了高温合金的热稳定性，减少TCP相的析出；通过将Cr的含量控制在TMS173和TMS196之间，实现了高温合金的抗氧化能力和热稳定性的平衡；通过控制杂质和微量元素的含量，减少了杂质及微量元素对于高温合金力学性能的影响。

技术领域

本发明涉及高温合金技术领域，尤其涉及一种用于航空发动机涡轮部件的单晶镍基高温合金。

背景技术

航空发动机高压涡轮叶片由于处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位而被列为航空发动机的第一关键部件。随着航空发动机涡轮进口温度的不断提高，对叶片材料的要求越来越苛刻。现役的F119航空发动机涡轮进口温度达1900～2050K，最新一代发动机的涡轮进口温度预计将达2100～2200K，对涡轮叶片材料的承温能力提出了更高的要求。

由于先进单晶高温合金中难熔元素的大量添加，导致合金过饱和度增大，在高温热暴露和蠕变过程中会析出大量TCP相，如σ相、μ相、P相等。由于TCP相的析出损失了基体内主要固溶强化元素和γ’析出强化元素，对合金高温力学性能造成影响。而且TCP相呈长针状或薄片状，往往是裂纹的发源地和裂纹快速扩展的通道，TCP相易沿晶界析出，使合金发生沿晶脆性断裂，强度降低。因此合金设计时抑制或减少TCP相的析出是较大的考量因素。从第四代单晶合金开始引入了新合金元素Ru，可以有效提高合金的组织稳定性和蠕变性能。现有典型的第五单晶合金TMS173和TMS196，TMS173由于较低的Cr含量，长期高温环境下其抗氧化及热腐蚀性能较弱，而TMS196适当增加了Cr以改善抗氧化能力，但容易出现针状TCP相的析出，导致现有第五代单晶合金的抗氧化能力、热稳定性、热强度和铸造性能不佳。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种单晶镍基高温合金及航空发动机涡轮部件，解决现有单晶合金的抗氧化能力、热稳定性、热强度和铸造性能不佳的技术问题。

根据本发明的一个实施例，提供一种单晶镍基高温合金，按质量百分比组成包括：Cr：3-4％；Co：5.5～6.5％；Mo：0.3-0.5％；W：6-7％；Ta：6.5-7.5％；Hf：0.08-0.12％；Al：5-6％；Ru：4.7-5.3％；Re：6.1-6.7％；余量为Ni和不可避免的杂质。

优选的，所述Cr的质量百分比具体为3.3-3.8％。

优选的，所述Co的质量百分比具体为5.7-6.3％。

优选的，所述Mo的质量百分比具体为0.35-0.45％。

优选的，所述W的质量百分比具体为6.2-6.8％。

优选的，所述Ta的质量百分比具体为6.7-7.3％。

优选的，所述杂质的按质量百分比组成包括：O≤0.0010％；O≤N≤0.0010％；S≤0.0002％。

优选的，所述杂质的按质量百分比组成包括：痕量元素≤0.01％。

优选的，所述的单晶镍基高温合金按质量百分比组成具体为：Cr:3.5％；Co:6％；

Mo:0.4％；W:6.5％；Ta：7％；Hf：0.1％；Al：5.6％；Ru：5％；Re：6.4％。

根据本发明另一个实施例，还提供一种航空发动机涡轮部件，所述部件的材质为上述的单晶镍基高温合金。