【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于鈷基高溫合金，具體涉及一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金及其制備方法。
技術介紹
1、高溫合金是一類以鐵、鈷、鎳為基體，可以在600℃以上高溫環境服役，并能承受苛刻的交變載荷的結構材料。因為其在高溫下優異的高溫強度、抗熱疲勞性、蠕變抗性、可鑄性和耐磨性，非常適合作為航空發動機、重型地面燃氣輪機大尺寸葉片和渦輪導向葉片等高端設備熱端部件的關鍵材料。
2、新型鈷基高溫合金利用與基體共格的γ′相的沉淀強化及共格強化顯著提高合金的高溫力學性能。γ′相的尺寸形貌直接決定了合金的高溫力學性能。合金成分的變化會直接影響γ′相的尺寸形貌，但鈷基高溫合金的γ′相區窄小，合金化調控的能力有限，為滿足高溫服役的性能要求可通過熱處理對合金的γ′相的尺寸形貌進行調控。固溶處理過程中析出的一次γ′相是以往研究關注的重點，隨著位錯對耦合機制的不斷完善，時效處理過程中析出的二次γ′相也受到了廣泛的關注。γ′相的尺寸會直接影響位錯成對穿過γ′相的機制，面對均勻分布的細小γ′相位錯會以弱位錯對耦合機制穿過，而面對較大尺寸的γ′相位錯會以orowan繞過或強位錯對耦合機制穿過。
3、因此如何在有限的合金化條件下，結合熱處理工藝調控多峰γ′相的分布和尺寸使合金獲得更佳的力學性能是當前亟待研究的重要課題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金及其制備方法，用于解決現有的方法難以實現多峰γ′相的分布和尺寸的調控的技術問題。
2、為了達到上述
3、本專利技術公開了一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金，以原子百分比計，成分包括：al：8.0-9.0％、ni：25.0-40.0％、ti：3.0-4.0％、w：2.0-4.0％、mo：2.0-4.0％、ta：1.0-2.0％，余量為co和不可避免的雜質，上述成分的原子百分比之和為100％。
4、進一步地，所述不可避免的雜質含量不大于0.1％。
5、本專利技術還公開了上述多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金的制備方法，包括以下步驟：
6、按照所述原子百分比，稱取純金屬co、純金屬al、純金屬ni、純金屬ti、純金屬mo、純金屬ta和鈷鎢合金，配置合金原料；
7、將合金原料進行電弧熔煉處理，得到合金鑄錠；
8、將合金鑄錠進行固溶處理，得到固溶鑄錠；
9、將固溶鑄錠進行時效處理，得到多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金。
10、進一步地，所述將合金原料進行電弧熔煉處理的過程為：
11、將合金原料置入真空電弧熔煉爐內的容器中，在容器空余位置置入金屬鈦塊，抽至要求真空度后，通入氬氣；
12、調整容器的位置，使得電弧槍正對金屬鈦塊，調節電弧槍距金屬鈦塊的距離，開始引弧，引弧成功后對金屬鈦塊進行熔煉；
13、調整容器的位置，使得合金原料正對電弧槍，調節電弧槍距合金原料至合適距離后開始引弧，引弧成功后逐漸升高電弧電流同時配合磁力攪拌器充分混合合金原料，熔煉完成后得到合金鑄錠。
14、進一步地，所述抽至要求真空度的具體過程為：
15、將配置的合金原料置入真空電弧熔煉爐內的容器中，在空余容器位置置入金屬鈦塊，完成后開始抽真空，通入氬氣進行洗氣；再次抽低真空后，通入氬氣進行二次洗氣；隨后再次抽低真空，隨后打開分子泵抽高真空，直至高真空度小于4*10-3pa，再次向熔煉爐內通入氬氣；
16、其中，抽低真空需保證熔煉爐膛內氣壓小于-0.1mpa，通入氬氣至熔煉爐腔內氣壓達到0.06mpa。
17、進一步地，以原子百分比計，所述鈷鎢合金中，co：w＝3：2。
18、進一步地，所述電弧槍距金屬鈦塊的距離為1-2mm；設置電弧電流為50a后開始引弧，在引弧成功后，將電弧電流分別提升至100a、200a將金屬鈦完全熔化；
19、引弧成功后將電弧槍升高至15cm，提升電弧電流至100a的同時讓電弧槍正轉，旋轉速度為5.0°/s；提升電弧電流至200a的同時打開磁力攪拌裝置，設置磁力攪拌裝置電流不超過5a，隨后提升電弧電流至500a，進行熔煉不低于1min，每次熔煉完成后，對樣品翻面并再次熔煉，重復熔煉數次后，冷卻后得到合金鑄錠。
20、進一步地，重復熔煉的次數為8次。
21、進一步地，所述固溶處理的工藝參數為：固溶處理的溫度為1250℃，在1000℃以下升溫速率為5-10℃/min，在1000℃以上升溫速率為3-5℃/min，保溫時間為10h，冷卻方式為水冷，冷速不低于300-350℃/min。
22、進一步地，所述時效處理的工藝參數為：溫度為900-1000℃，升溫速率為5-10℃/min，保溫時間為100h，冷卻方式為空冷，冷速在100-150℃/min范圍內。
23、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
24、本專利技術公開了一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金，通過對合金成分進行優化，引入mo，ta合金元素調整一次γ′相和二次γ′相析出的吉布斯自由能，使得所述多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金在相組成上包括γ基體，一次γ′相和二次γ′相，多峰γ′相能提供更多的位錯阻礙位點、提供更多的位錯對耦合機制，為合金的長期服役提供了足夠的力學性能。
25、本專利技術還公開了上述多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金的制備方法，通過對合金原料依次進行電弧熔煉處理、固溶處理和時效處理，通過調控固溶處理的冷卻速度以及時效處理的溫度和冷卻速度，從擴散熱力學及動力學方面對多峰γ′相的析出行為進行調控，顯著解決了現有的調控方法難以有效實現二次γ′相在γ基體內的均勻分布，具有廣闊的應用前景。
26、進一步地，該方法通過固溶處理溶解鑄造過程中晶界處粗大的初生γ′相，通過水冷讓重新析出的γ′相尺寸細小，分布均勻，隨后通過時效處理對γ′相的尺寸和體積分數進一步調控，最終在空冷過程中形成多峰γ′相；多峰γ′相使位錯成對切割γ′相的耦合機制更為豐富，同時提供了更多的γ/γ′相界面，增加了位錯釘扎位點，為合金的長期服役提供了足夠的力學性能。
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1.一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金，其特征在于，以原子百分比計，成分包括：Al：8.0-9.0％、Ni：25.0-40.0％、Ti：3.0-4.0％、W：2.0-4.0％、Mo：2.0-4.0％、Ta：1.0-2.0％，余量為Co和不可避免的雜質，上述成分的原子百分比之和為100％。
2.根據權利要求1所述的一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金，其特征在于，所述不可避免的雜質含量不大于0.1％。
3.權利要求1或2所述的一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金的制備方法，其特征在于，所述將合金原料進行電弧熔煉處理的過程為：
5.根據權利要求4所述的一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金的制備方法，其特征在于，所述抽至要求真空度的具體過程為：
6.根據權利要求4所述的一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金的制備方法，其特征在于，以原子百分比計，所述鈷鎢合金中，Co：W＝3：2。
7.根據權利要求4所述的一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金的制
8.根據權利要求7所述的一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金的制備方法，其特征在于，重復熔煉的次數為8次。
9.根據權利要求3所述的一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金的制備方法，其特征在于，所述固溶處理的工藝參數為：固溶處理的溫度為1250℃，在1000℃以下升溫速率為5-10℃/min，在1000℃以上升溫速率為3-5℃/min，保溫時間為10h，冷卻方式為水冷，冷速不低于300-350℃/min。
10.根據權利要求3所述的一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金的制備方法，其特征在于，所述時效處理的工藝參數為：溫度為900-1000℃，升溫速率為5-10℃/min，保溫時間為100h，冷卻方式為空冷，冷速在100-150℃/min范圍內。
...【技術特征摘要】
1.一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金，其特征在于，以原子百分比計，成分包括：al：8.0-9.0％、ni：25.0-40.0％、ti：3.0-4.0％、w：2.0-4.0％、mo：2.0-4.0％、ta：1.0-2.0％，余量為co和不可避免的雜質，上述成分的原子百分比之和為100％。
2.根據權利要求1所述的一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金，其特征在于，所述不可避免的雜質含量不大于0.1％。
3.權利要求1或2所述的一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金的制備方法，其特征在于，所述將合金原料進行電弧熔煉處理的過程為：
5.根據權利要求4所述的一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金的制備方法，其特征在于，所述抽至要求真空度的具體過程為：
6.根據權利要求4所述的一種多峰γ′強化的鈷鎳基高溫合金的制備方法，其特征在于，以原子百分比計，所述鈷鎢合金中，co：w＝3：...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張家晨，那慶澤，張國君，李瑞，王娟，王彩霞，
申請(專利權)人：西安理工大學，
類型：發明
國別省市：
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