[发明专利]一种综合性能优异的高强镍基单晶高温合金

说明书

本发明提供了一种综合性能优异的高强镍基单晶高温合金，属于镍基单晶高温合金技术领域。按重量百分比计，该合金化学成分为：Cr：5.5～7.5％，Co：5.0～7.0％，Mo：0.5～1.0％，W：7.5～10.0％，Ta：5.5～7.0％，Al：5.5～6.7％，Ti：0～1.0％，Re：1.0～2.0％，Si：0～0.15％，C：0～0.1％，Hf：0～0.2％，其余为Ni，N_v≤2.1。该合金不仅具有较高的高温力学性能、良好的组织稳定性，还具有优良的抗氧化性能，以及相对较好的抗热腐蚀性能。特别适用于航天、航空发动机高温部件。

技术领域

本发明涉及镍基单晶高温合金技术领域，具体涉及一种综合性能优异的高强镍基单晶高温合金，主要适用于在高温复杂条件下承受较高应力的零部件材料。

背景技术

镍基单晶高温合金具有优良的高温性能，是目前制造先进航空发动机和燃气轮机叶片的主要材料。20世纪80年代以来，相继发展和应用了第一代、第二代、第三代和第四代单晶高温合金，相应的每代单晶高温合金使用温度都被提高了近25℃。但是，随着单晶高温合金的不断发展，Re和Ru等贵重难熔元素含量不断增多，合金成本和密度也不断增加。同时，Re元素的不断添加还明显恶化了合金组织稳定性。为了降低合金成本和提高其组织稳定性，从21世纪开始，人们又发展了系列无Re高强二代单晶合金。但是，与含Re二代单晶合金相比，无Re二代单晶合金1000℃以上的高温力学性能相对较低。另外，对比研究发现，无Re二代单晶合金的抗热腐蚀性能也明显不如含Re二代单晶合金。

针对上述背景，考虑到近海洋环境下使用的长寿命涡扇/涡轴/涡桨发动机可能存在一定的热腐蚀环境，人们期望获得一种综合性能优异的高强镍基单晶高温合金。该合金不仅具有较高的高温力学性能、良好的组织稳定性，还具有优良的抗氧化性能，以及相对较好的抗热腐蚀性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种综合性能优异的高强镍基单晶高温合金，该合金不仅具有较高的高温力学性能、良好的组织稳定性，还具有优良的抗氧化性能，以及相对较好的抗热腐蚀性能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种综合性能优异的高强镍基单晶高温合金，所述合金的组成成分构成和各成分的质量百分含量满足下述要求：

Cr：5.5～7.5％，Co：5.0～7.0％，Mo：0.5～1.0％，W：7.5～10.0％，Ta：5.5～7.0％，Al：5.5～6.7％，Ti：0.3～1.2％，Re：1.0～2.0％，Si：0～0.15％，C：0～0.1％，Hf：0～0.2％，其余为Ni，Nv≤2.1。

本发明提供的综合性能优异的高强镍基单晶高温合金，按重量百分比计，优化后的合金成分范围满足下述要求：

Cr：6.0～6.8％，Co：5.5～6.5％，Mo：0.5～0.8％，W：7.5～8.5％，Ta：5.7～6.5％，Al：5.5～6.3％，Ti：0.4～1.0％，Re：1.2～1.7％，Si：0.04～0.1％，C：0.02～0.06％，Hf：0.05～0.15％，其余为Ni，Nv≤2.1。

本发明提供的综合性能优异的高强镍基单晶高温合金，所述镍基单晶高温合金中，杂质的成分和质量百分含量满足下述要求：O≤0.001，N≤0.001，S≤0.001，Zr≤0.0075，Mn≤0.01，P≤0.005，Cu≤0.05，Mg≤0.008，Se≤0.0003，Pb≤0.0002，Te≤0.00005，Bi≤0.00003，Sn≤0.0015。

本发明合金(合金牌号取名为DD4515)的化学成分设计主要基于如下理由：

本合金研制的思路是探索适中的Re含量，提高合金的抗热腐蚀性能和组织稳定性；通过提高γ'相含量和难熔元素(尤其是Re)的分配比，提高合金高温力学性能。