[发明专利]一种镍基单晶高温合金及其制备方法

说明书

本发明关于一种镍基单晶高温合金及其制备方法，涉及高代次单晶高温合金材料领域。以重量百分比计，镍基单晶高温合金包括以下成分：Cr 3.5‑5.5wt％、Co 6‑14wt％、W 5‑7wt％、Mo 0.5‑2.5wt％、Re 4‑7.5wt％、Ru 1.5‑4wt％、Al 5‑6.8wt％、Ta 7‑10wt％、Ti≤0.8wt％、Sc≤0.5wt％、Si≤0.2wt％、Hf≤0.3wt％、Y≤0.05wt％、Zr≤0.03wt％、Fe≤0.02wt％、Na≤0.0075wt％、Be≤0.0045wt％、Sr≤0.0065wt％、Hg≤0.0055wt％、余量为Ni。上述成分设计能降低合金的整体层错能，利用位错扩展并反应形成的压杆位错、L‑C位错锁等限制位错运动以强化合金，同时保证合金的组织稳定性与高温沉淀强化效果。进一步，在镍基单晶高温合金的制备中，本发明量化制定了合理的高温固溶热处理制度，通过协同调控合金的成分与热处理制度工艺，实现了低层错能镍基单晶高温合金的针对性设计与高温强度的充分发挥。

技术领域

本发明涉及一种高代次单晶高温合金材料技术领域，特别是涉及一种镍基单晶高温合金及其制备方法。

背景技术

单晶高温合金由于具有优异的综合性能，使其成为制造航空发动机、燃气轮机等先进动力装备涡轮叶片的核心材料。随着燃气涡轮进口温度的增加，先进动力装备对单晶合金综合力学性能要求越来越高。

单晶高温合金的设计的思路是增加合金元素的含量来提升合金的综合性能。然而，已有单晶合金的设计方法或原则比较宽泛。例如，要求单晶合金中γ′析出相的体积分数保持在65％左右、合金中γ/γ′相界面的错配度尽量小、难熔元素含量尽量高但无TCP相析出、考虑抗氧化性及抗腐蚀性等。随着航空发动机对单晶合金的要求愈来愈高，按照目前单晶高温合金设计方法或原则很难发展新型合金。因此，在保证上述合金设计方法或原则的前提下，如何从微观强化机理的角度更有针对性设计合金的成分成为一项十分具有挑战性的工作。

另外，在合金成分确定的情况下，如何制定合理的热处理制度是充分发挥合金元素作用的关键所在。通常的做法是采用金相显微镜和扫描电镜观察高温固溶热处理后的枝晶干和枝晶间的组织情况，人为地判断热处理制度是否合理。这种判断方式很难科学合理地确定最佳的固溶热处理制度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种镍基单晶高温合金及其制备方法，主要目的在于解决现有单晶高温合金设计方法或原则比较宽泛、针对性不强的问题，设计出一种低层错能的镍基单晶高温合金。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种镍基单晶高温合金，其中，以重量百分比计，所述镍基单晶高温合金包括以下成分：

Cr 3.5-5.5wt％、Co 6-14wt％、W 5-7wt％、Mo 0.5-2.5wt％、Re 4-7.5wt％、Ru1.5-4wt％、Al 5-6.8wt％、Ta 7-10wt％、Ti≤0.8wt％、Sc≤0.5wt％、Si≤0.2wt％、Hf≤0.3wt％、Y≤0.05wt％、Zr≤0.03wt％、Fe≤0.02wt％、Na≤0.0075wt％、Be≤0.0045wt％、Sr≤0.0065wt％、Hg≤0.0055wt％、余量为Ni。

优选的，在所述镍基单晶高温合金的成分中：所述Co元素和Re元素的含量之和≥15.0wt％；和/或所述Co元素和Ru元素的含量之和≥12.0wt；和/或所述Co元素、Re元素及Ru元素的含量之和≥16.0wt％。

优选的，在所述镍基单晶高温合金的成分中：所述Ru元素和Co元素的含量比值大于等于0.12、小于等于0.50；和/或所述Mo、W、Ta元素的含量之和大于等于12.0wt％、小于等于18.0wt％；和/或所述Ta元素和Al元素的含量比值大于等于1.25、小于等于1.40。