本發明專利技術公開了一種含鉑無錸鎳基單晶高溫合金及其制備方法和應用，由以下質量比的成分構成：Cr?2～4％；W?3～5％；Ta?5.5～8％；Mo?1～2％；Pt?10～12.5％；Al?6～8％；Ti?0.05～0.6％；Nb?0.1～1.0％；Co?10.5～14.0％；Hf?0.05-0.2％；Si?0.05～0.40％；Ce?0.05～0.2％；Ni余量。本發明專利技術方法，先在真空感應爐熔煉澆注成化學成份符合要求的母合金，然后再通過定向凝固設備重熔、定向凝固成單晶試棒，單晶試棒再進行熱處理后得到本發明專利技術的合金。本發明專利技術的合金具有高強度、低成本等特點，非常適合用于制備航空發動機的渦輪葉片。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術設及儀基單晶高溫合金領域，具體設及一種含銷無鍊儀基單晶高溫合金及 其制備方法和應用。
技術介紹
滿輪(透平）前進氣溫度是衡量燃機熱效率和水平最重要的指標之一：目前，國際 最先進航空發動機的透平前溫度已達1750度，在研的達1850度;大型地面燃機透平前溫度 達1600度的J級也已進入商業運行，未來級（透平初溫達1700度)燃氣輪機的研發業已經完 成，預計5年后將進入商業化運行。 基于現代燃機的工作原理和設計，滿輪(透平)前進氣溫度主要由滿輪關鍵部件的 設計(如滿輪葉片的葉形、冷卻氣道及冷卻介質等)和部件制備材料的耐溫性能決定，其中， 最關鍵的部件是滿輪高壓盤和滿輪一級高壓葉片，其材料和制備技術是現代發達國家航空 發動機材料研發的熱點和重點。現代燃機滿輪高壓盤等是由變形高溫合金制作而成，而滿 輪一級高壓葉片目前均采用空冷單晶葉片。 儀基單晶高溫合金用于制作滿輪葉片是近30年來航空發動機發展史上具有里程 碑意義的技術革命。單晶葉片就是整個葉片鑄件由一個晶粒組成(沒有晶界），葉片在內部 晶體結構上沒有應力集中和容易斷裂的晶界薄弱點；另外，由于制備單晶葉片的高溫合金 不必加入晶界強化元素，使合金的初烙溫度相對升高，從而提高了合金的高溫強度并進一 步改善了合金的綜合性能。因此，制備單晶葉片用高溫合金不同于通常的多晶高溫合金，其 設計和制備處理技術屬于行業尖端技術，一直被國外工業技術先進國家所壟斷。 單晶合金通過創新成分設計及制備技術的提高，耐溫能力逐步提高。目前第Ξ代 單晶合金已進入實際應用，代表是CMSX-10、ReneN6和TMS75,承溫能力約為1050~1070°C (137MPa/1000小時持久壽命）。我國在第Ξ代、第四代航空產品所需的一些關鍵滿輪部件如 單晶葉片及其合金設計及制備技術上與國外先進國家的水平相比還有比較大的差距。 從目前廣泛使用的CMSX、Rene和TMS系列單晶合金發展進程來看，第一代單晶高溫 合金（CMSX-2、Rene N4、TMS26)合金成分不含Re,第二代單晶高溫合金（CMSX-4、Rene N5、 TMS82)含約3%的Re,第Ξ代單晶高溫合金需同時添加 Re和Ru且Re和Ru量總和超過約7wt% (CMSX-10、Rene N6、TMS75)。因此，同時添加鍊(Re)和釘(Ru)元素且加入量不斷提高是目前 第Ξ代及更先進單晶高溫合金提高強度、穩定合金高溫結構的主要手段和最突出的成分特 征。 然而，Re是地球上最稀少的金屬元素之一，分布高度分散、不易提純，因此價格昂 貴，據估算，第二代單晶高溫合金元素加入了3wt%的Re之后成本提高了70%，第Ξ代單晶 (6wt%Re)的成本與第二代單晶相比又提高約90%。另外，由于Re主要偏聚于基體丫相中， 且擴散速度低，在凝固過程中易形成枝晶偏析和TCP相。TCP相的量在高溫下長時間使用時 會增加并降低合金的蠕變強度；同時，Re的密度達到20.53g/cm3sRe元素的運些特性直接導 致滿輪葉片制造成本提高，組織性能穩定性降低，重量增加(推重比下降）。降低或取消Re在 單晶高溫合金中的使用，成為設計新一代高強低成本滿輪發動機材料的主要趨勢。 典型Μ基單晶高溫合金的微觀組織結構比較簡單，主要由具有奧氏體結構的基體 丫相和基本與其共格的具有有序Α3Β型金屬間化合物丫 /析出強化相構成。為了提高Μ基單 晶高溫合金的蠕變強度，通常綜合采用固溶強化和沉淀強化二種強化方式。 固溶強化通常利用能在奧氏體基體丫相大量固溶的難烙元素如鶴(W)、鋼(Mo)、粗 (化）、鉆(Co)、銘(化)Re和釘(Ru)等元素來獲得強化效果。第一代單晶高溫合金(CMSX-2)難 烙元素(胖、]?〇、了日、(：〇等）加入量約為1物1%，第二代化15乂-4)達約16.物1%，第^代（〔15乂- 10)超過20wt%。大量難烙元素(尤其是第二代W后加入的貴金屬Re,Ru等)的加入在提高合 金性能的同時也帶來了諸如成本高、密度大、顯微組織不穩定，易析出TCP相 (Topologically Close-Packed phase相，如σ,μ或P相）等缺點。目前已難W利用添加更多 的固溶強化元素來提高儀基單晶高溫合金的高溫強度。 沉淀強化目前通常利用可W與面屯、結構的Μ基體丫相形成共格有序的面屯、A濁型 化12結構)有序金屬間化合物γ/的元素，如侶(A1)、鐵(Ti)、妮(Nb)和粗(Ta)等，在Μ基體 丫相中形成析出強化相Ni3X(X主要為Α1、Ti、Nb和化等），其高溫強化作用取決于丫 /相的物 理性能和組織特征，如數量、尺寸、與基體的共格關系、固溶溫度和自身強度等。目前最先進 單晶高溫合金含沉淀強化丫 /相的體積分數量已近70%，其強化效果遠大于固溶強化，是儀 基單晶高溫合金具有優異高溫蠕變強度的根本原因。 含高Y /相合金在高溫服役或蠕變變形過程中，丫 /相形貌會發生俊形化并進而影 響合金的蠕變性能。丫 /相俊形化的速率通常由丫 /相形成元素的擴散速率和丫 / Y /晶格錯 配度所控制。丫/ 丫/晶格錯配度可表示為S = 2(a丫'-a丫）/(a丫'+a丫），其中，a丫'和a丫分別為丫' 和丫相的晶格常數。晶格錯配度的大小可W反映丫 / 丫 /兩相界面的穩定程度和應力狀態， 直接影響丫 /相形貌和其他微觀特征并進而影響合金的性能。由于丫和丫 /兩相的晶格常數 隨相成分、物理特性(如原子和相原子結合力、彈性率、熱膨脹性等)和溫度等內外部參數而 變化，因而影響晶格錯配度變化的因素復雜、缺乏規律，難于預測和控制。
技術實現思路
本專利技術鑒于目前先進單晶超合金丫 /強化相穩定性差和含Re高導致合金穩定性降 低和成本提高等實際應用中存在的問題，提供了一種含銷(Pt)無鍊(Re)儀(Ni)基單晶高溫 合金及其制備方法和應用，通過不添加 Re而平衡添加 Pt-Pt3Al來改變丫-丫 /相的成分、調 整丫 / 丫 /晶格錯配度，使本專利技術的合金達到第Ξ代單晶高溫合金的承溫能力，同時合金成 本明顯降低，具有高強度、低成本等特點，可滿足現代高推重比航空發動機的設計需要。 -種含銷(Pt)無鍊(Re)儀(Ni)基單晶高溫合金，由W下質量百分含量的合金成分 構成： Cr 2.0% ~4.0%; W 3.0%~5.0%; Ta 5.5% ~8%; Mo 1.0% ~2.0%; Pt 10.0% ~12,5%; A1 6.0% ~8%; Τ? 0.05% ~化 6%; Nb 0.1 %~！.0%; €〇 10.5% ~ Hf ?.05%-0.2%; 飄 0.05% ~0.40%;[001 引 妨 0.05 % ^0.2 %； Μ 余量。 作為優選，所述的含銷(Pt)無鍊(Re)儀(Ni)基單晶高溫合金，由W下質量百分含 量的合金成分構成： 位 2.0% ~4.0%:; W 3.0% ~5.0%; T 汪 6.0 % ~7.5 %; Mo: 1.0% ~2.0%; Pt 10.0% ~12.0%; A1 6.0 % ~7.5 %; Ti 0-1 % ~0.5 ; Nb 0.2%~1.0%; Co 11.0% ~14.0%; Hf 0.05 %-0.15 %： Si 0.本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種含鉑無錸鎳基單晶高溫合金，其特征在于，由以下質量百分含量的合金成分構成：
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：谷月峰，
申請(專利權)人：杭州浙高合金材料有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33
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