[发明专利]一种用于850℃的变形涡轮盘合金材料及制备工艺

说明书

本发明属于航空发动机涡轮盘用变形高温合金材料领域；涉及一种用于850℃的变形涡轮盘合金材料及制备工艺；本发明通过添加较高的元素C，在合金中生成碳化物，通过控制W、Mo元素的添加量，避免合金中TCP相析出；在合金中添加微量稀土进行复合微合金化，进一步提高合金的热强性，采用含稀土元素的预熔渣进行电渣重熔。重熔用电渣添加微量稀土元素，保证了合金成分；铸锭成分偏析小；本发明的合金采用小规格尺寸的电极锭，同时结合三联熔炼工艺，有助于降低合金成分偏析。本发明制备的合金具有成分均匀、高温力学性能好等优点，能够满足高推比先进航空发动机对高性能变形合金涡轮盘材料的需求。

技术领域

本发明属于航空发动机涡轮盘用变形高温合金材料领域；涉及一种用于850℃的变形涡轮盘合金材料及制备工艺。

背景技术

该专利的背景技术为航空发动机涡轮盘用变形高温合金成分设计技术与熔炼技术。

变形高温合金具有优异的综合力学性能以及良好的耐腐蚀能力，是航空航天发动机、燃气轮机涡轮盘用的关键材料之一。随着航空发动机推重比的提高，涡轮前燃气温度不断增加，对涡轮盘合金承温能力的要求也越来越高。承温能力指标是在给定外力和断裂时间条件下，合金能够承受的最高温度。目前，世界各国都在研制使用温度更高、力学性能更好的变形盘合金材料。航空发动机涡轮盘材料由上世纪40年代承温能力约550℃的耐热钢发展到合金化程度较低、承温约650℃的铁-镍基高温合金，典型合金牌号为GH4169，迄今为止已经研发出使用温度接近750℃的高合金化变形高温合金，如GH4720Li、GH4169D、GH4065、GH4730、GH4738合金等。其中，GH4169D合金盘件使用温度为704℃；虽然GH4738合金制备的盘件使用温度能够达到800℃，但是强度较低。其中，GH4065对应美国René65合金，是2008年美国ATI Allvac公司与GE发动机公司研制的一种新型镍基高强变形高温合金，该合金是在粉末高温合金René88DT成分的基础上，适当调整了C、Fe等元素的含量以适合变形工艺，长期使用温度为700℃，短时使用温度可达到750℃。GH4730合金是对应于法国AD730合金，该合金是法国AD公司在Udimet720Li合金的基础上研制成功的一种发动机盘用变形高温合金，与Udimet720Li合金相比，AD730合金中添加了约4％(重量百分比，下同)的Fe元素和1％左右的Nb元素，把Co、Al、Ti元素的含量稍微降低，改善了合金的成形性。此外，涡轮盘用GH4068是一种Ni-Co基变形高温合金，承温能力达到725℃，接近批产的涡轮盘用商用粉末高温合金的承温水平，该合金选用的金属元素与GH4720Li合金基本相同，只是Co元素含量提高到20％～31％，Ti元素含量为5.1％～7.4％。

变形高温合金涡轮盘材料要求具有优异的抗拉、屈服强度，良好的持久、蠕变、疲劳性能，以及低的裂纹扩展速率。目前，国内针对850℃下服役的涡轮盘用变形高温合金材料未开展研究工作，本专利合金成分填补国内空白。与其它变形涡轮盘合金相比，本专利设计的850℃用合金成分通过碳化物强化、固溶强化、时效强化，以及复合微合金强化四种方式，保持合金的高温力学性能。例如，通过添加较高的元素碳(C)，在合金中生成碳化物，在高温下起到强化作用；通过控制钨、钼元素的添加量，避免合金中TCP相析出；在合金中添加微量稀土进行复合微合金化，进一步提高合金的热强性，添加稀土起到的有益作用包括改进热加工工艺性能、提高组织稳定性提高、改善合金的抗氧化腐蚀能力等。