【CN110016602A】一种Laves相CrSub2SubNb基高温合金【专利】
镍基单晶高温合金研究进展
镍基单晶高温合金研究进展孙晓峰，金涛，周亦胄，胡壮麒（中国科学院金属研究所，沈阳 110016）摘要：单晶高温合金具有较高的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、优异的蠕变与疲劳抗力、良好的组织稳定性和使用可靠性，广泛应用于涡轮发动机等先进动力推进系统涡轮叶片等部件。
由于采用定向凝固工艺消除了晶界，单晶高温合金明显减少了降低熔点的晶界强化元素，使合金的初熔温度提高，能够在较高温度范围进行固溶和时效处理，其高温强度比等轴晶和定向柱晶高温合金大幅度提高。
经过几十年的发展，单晶高温合金已经在合金设计方法、组织结构与力学性能关系、纯净化冶炼工艺和定向凝固工艺等方面取得了重要进展。
本文从单晶高温合金成分特点、合金元素作用、强化机理、力学性能各向异性、凝固过程及缺陷控制、单晶制备工艺等方面，简要介绍了单晶高温合金的主要研究进展。
关键词：单晶高温合金；强化机理；定向凝固；各向异性Research Progress of Nickel-base Single Crystal SuperalloysSun Xiaofeng, Jin Tao, Zhou Yizhou, Hu Zhuangqi(Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China)Abstract:Single crystal superalloys have been widely used to make turbine blades and guide vanes for aero-engines and industrial gas turbines because of improved strength, creep-rupture, fatigue, oxidation and hot corrosion properties as well as stable microstructure and reliability at high temperature environments. After removal of grain boundary by using directional solidification technique, grain boundary elements which decrease the incipient melting temperature were reduced remarkably in single crystal superalloys. Consequently, the solution and aging treatment of single crystal superalloys can be done at higher temperature due to the enhanced incipient melting temperature, and then the high temperature strength of single crystal superalloys is higher than that of equiaxed and directionally solidified superalloys. There were great progress on approach of alloy design, relationship between structure and mechanical performances, process of pure smelting and processing of directional solidification in the last decades. The present work reviews these progress from compositions of alloys, role of elements, mechanism of strengthening, anisotropy of mechanical properties, procedure of solidification, control of defects and processing of single crystal superalloys.Key words：single crystal superalloy；mechanism of strengthening；directional solidification；anisotropy of properties——————————————————基金项目：国家973计划项目（2010CB631206）通讯作者：孙晓峰，男，1964年生，研究员，博士生导师1引言高温合金（Superalloy）是以铁、镍、钴为基体的一类高温结构材料，可以在600℃以上高温环境服役，并能承受苛刻的机械应力。
一种高强度、抗氧化的钴基高温合金[发明专利]
![一种高强度、抗氧化的钴基高温合金[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/4f99d82b0c22590103029d87.png)
专利名称：一种高强度、抗氧化的钴基高温合金专利类型：发明专利
发明人：于鸿垚,毕中南,唐超,杜金辉,吕旭东
申请号：CN201510574406.5
申请日：20150910
公开号：CN105088018A
公开日：
20151125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种高强度、抗氧化的钴基高温合金，属于高温合金技术领域。
合金的化学成分质量％为：C？0.02-0.10，Al？2.5-6，W？12-18，Cr？5-10，Ni？25-45，Ti？0.5-4，B？0.001-
0.008，S＜0.03，P＜0.03，余量为Co。
其热处理工艺是在1250-1300℃固溶处理，并在800-950℃时效处理。
新型γˊ相强化的钴基高温合金不仅具有比传统钴基高温合金高温强度更高的优点，同时具有较宽的热加工窗口和较窄的凝固区间，因此这种新型钴基高温合金还具有良好的凝固特性和热加工性能。
申请人：钢铁研究总院,北京钢研高纳科技股份有限公司
地址：100081 北京市海淀区学院南路76号
国籍：CN
代理机构：北京华谊知识产权代理有限公司
代理人：刘月娥
更多信息请下载全文后查看。
镍基单晶高温合金研究进展
特约专栏
中国材料进展
MATERIALS CHINA
镍基单晶高温合金研究进展
Vol. 31 No. 12 Dec. 2012
孙晓峰，金 涛，周亦胄，胡壮麒
（ 中国科学院金属研究所，辽宁 沈阳 110016）
摘 要： 单晶高温合金因具有较高的高温强度、优异的蠕变与疲劳抗力以及良好的抗氧化性、抗热腐蚀性、组织稳定性和使
晶界强化元素，使合金的初熔温度提高，能够在较高温 度范围进行固溶处理，其强度比等轴晶和定向柱晶高温 合金大幅度提高，因而得到了广泛应用。自 20 世纪 80 年代 开 始，PWA1480、CMSX-2、CMSX-3、SRR99 等 第 一代单晶高温合金出现以来，单晶高温合金的研究取得 了突破性进展。随着合金设计理论水平的提高和铸造工 艺技 术 的 进 步，以 及 Re 元 素 的 添 加，相 继 出 现 了 以 PWA1484、CMSX-4、RenéN5 等为代表，耐温能力比第 一代单 晶 高 温 合 金 高 约 30 ℃ 的 第 二 代 单 晶 高 温 合 金［1 － 3］，和以 CMSX-10、RenéN6 等 为 代 表，耐 温 能 力 比第一代高约 60 ℃ 的第 三 代 单 晶 高 温 合 金［4 － 6］。近 年 来，通过添加 Ru，Pt，Ir 等元素，又发展出以 MC-NG、 TMS-138、TMS-162 等为代表的 第 四 代 和 第 五 代 单 晶 高
Cr 含量降低 在第三代单晶合金中，Cr 含量降至 5% （ 质量分数） 以 下，尤 其 是 CMSX-10 合 金 的 Cr 含 量 只有 3% （ 质量 分 数） 左 右。在 第 四 代 单 晶 合 金 MC-NG 中，Cr 含量也降到 4% （ 质量分数） 。
镍基高温合金
添加元素及作用
：镍基铸造高温合金以γ相为基体，
添加铝、钛、铌、钽等形成γ´相进行强化，γ´相数量较多，
有的合金高达60%；
加入钴能提高γ´相的溶解温度，提高合金的使用温度；
钼、钨、铬具有强化固溶体的作用，铬、钼、钽还能形成一 系列对晶界产生强化作用的碳化物；
铝和铬有助于抗氧化能力，但铬降低γ´相的溶解度和高温强
高温合金
1 高温合金材料 (superalloy material)
• 一般指在600℃以上承受一定应力条件下工作的合金材料。 它不但有良好的高温抗氧化和抗腐蚀能力，而且有较高的 高温强度、蠕变强度和持久性能以及良好的抗疲劳性能。 它是现代航空发动机、航天器和火箭发动机以及舰艇和工 业燃气轮机的关键热端部件材料（如涡轮叶片、导向器叶 片、涡轮盘、燃烧室和机匣等），也是核反应堆、化工设 备、煤转化技术等方面需要的重要高温结构材料。
• 弱时效强化镍基变形高温合金可添加一定量的铝、钛、铌 等时效强化元素。
• 强时效强化镍基变形高温合金中则可以加入多量的铝、钛、 铌元素，但其总量不能超过7.5%。也加入硼、铈、镁等 晶界强化元素。
组织特点 ：
主要的强化相是γ´(Ni3Al)相，含量达20%～55%左右。 另一类强化相是γ″(Ni3Nb)相，在700℃以下对强度的贡献 远大于γ´相，特别显著地提高屈服强度，是涡轮盘材料中
度，因此铬含量应低些；
铪：改善合金中温塑性和强度；
为了强化晶界，添加适量硼、锆等元素。
Байду номын сангаас
• 缺点及克服方法 1 疲劳性能稍差、塑性较低、使用中组织稳定性有 所下降； 2 存在疏松，性能波动较大。 • 为了减轻这些缺点，1968年在美国首先研制了高硼 低碳镍基铸造高温合金。在镍基铸造高温合金其他元素 不变的情况下，将硼含量提高10～20倍，碳含量下降到 0.01%～0.03%，而使合金的强度和塑性提高、疏松减 少，提高了组织长期稳定性等。这类合金已在美国获得 实际应用。
钴基高温合金_材料
钴基高温合金 | 材料Via 常州精密钢管博客钴基高温合金发展过程20世纪30年代末期，由于活塞式航空发动机用涡轮增压器的需要，开始研制钴基高温合金。
1942年﹐美国首先用牙科金属材料Vitallium (Co-27 Cr-5 Mo-0.5Ti)制作涡轮增压器叶片取得成功。
在使用过程中这种合金不断析出碳化物相而变脆。
因此﹐把合金的含碳量降至0.3%，同时添加2.6%的镍，以提高碳化物形成元素在基体中的溶解度，这样就发展成为HA-21合金。
40年代末，X-40和HA-21制作航空喷气发动机和涡轮增压器铸造涡轮叶片和导向叶片，其工作温度可达850-870℃。
1953年出现的用作锻造涡轮叶片的S-816，是用多种难熔元素固溶强化的合金。
从50年代后期到60年代末，美国曾广泛使用过4种铸造钴基合金：WI-52，X-45，Mar-M509和FSX-414。
变形钴基合金多为板材，如L-605用于制作燃烧室和导管。
1966年出现的HA-188，因其中含镧而改善了抗氧化性能。
苏联用于制作导向叶片的钴基合金∏K4﹐相当于HA-21。
钴基合金的发展应考虑钴的资源情况。
钴是一种重要战略资源，世界上大多数国家缺钴，以致钴基合金的发展受到限制。
按使用用途分类，钴基合金可以分为钴基耐磨损合金，钴基耐高温合金及钴基耐磨损和水溶液腐蚀合金。
一般使用工况下，其实都是兼有耐磨损耐高温或耐磨损耐腐蚀的情况，有的工况还可能要求同时耐高温耐磨损耐腐蚀，而越是在这种复杂的工况下，才越能体现钴基合金的优势。
钴基合金中的碳化物颗粒的大小和分布以及晶粒尺寸对铸造工艺很敏感，为使铸造钴基合金部件达到所要求的持久强度和热疲劳性能，必须控制铸造工艺参数。
钴基合金需进行热处理，主要是控制碳化物的析出。
对铸造钴基合金而言，首先进行高温固溶处理，温度通常为1150℃左右，使所有的一次碳化物，包括部分MC型碳化物溶入固溶体；然后再在870-980℃进行时效处理，使碳化物重新析出。
ni718 laves相的晶胞参数
主题：ni718镍基高温合金中laves相的晶胞参数及其影响因素内容：1. ni718镍基高温合金ni718是一种重要的镍基高温合金，具有高强度、耐热性、抗氧化性和耐腐蚀性等优良性能，因此被广泛应用于航空航天、石油化工、核能等领域。
在ni718合金中，laves相是一种重要的析出相，其晶胞参数对合金的性能起着重要的影响。
2. laves相的晶胞参数laves相通常具有cF8结构，其晶胞参数与其他结构有所不同。
一般而言，laves相的晶胞参数可通过X射线衍射、透射电镜和能谱分析等手段进行测定，从而得到其晶格常数和晶体结构信息。
3. 影响laves相晶胞参数的因素laves相的晶胞参数受到多种因素的影响，主要包括合金成分、热处理工艺、应力状态等。
其中，合金成分是影响laves相晶胞参数的重要因素之一。
通过调整合金成分，可以改变laves相的晶体结构和晶胞参数，从而对合金的性能进行调控。
4. 研究现状和展望目前关于ni718合金中laves相晶胞参数的研究还相对较少，对于其影响因素的深入了解以及精确的晶胞参数测定仍需要进一步的研究。
未来，可以通过先进的实验技术和理论模拟手段，深入探讨laves相晶胞参数与合金性能之间的关系，为ni718合金的设计和应用提供科学依据。
结论：ni718镍基高温合金中laves相的晶胞参数对合金的性能具有重要影响，其研究具有重要的理论和应用价值。
通过深入研究laves相的晶胞参数及其影响因素，可以为合金的设计和性能优化提供科学依据，推动合金材料领域的发展。
希望未来能有更多的科学研究关注此领域，推动相关领域的进展。
5. laves相晶胞参数的测定方法为了准确测定ni718合金中laves相的晶胞参数，研究人员通常采用X射线衍射、透射电镜和能谱分析等多种手段结合使用。
其中，X射线衍射是一种常用的方法，可通过分析材料衍射图谱得到晶格常数和晶体结构信息。
透射电镜则能够提供更高分辨率的显微结构图像，帮助观察并测定微小尺寸的laves相晶胞参数。
镍基高温合金 元素成分
镍基高温合金元素成分
镍基高温合金是一种具有优异耐热性能的特种合金材料,广泛应用于航空发动机、燃气轮机等高温工况领域。
这些合金的主要基体元素是镍(Ni),通常含量在50%以上。
除此之外,还包含了以下重要元素: 1. 铬(Cr)
铬是镍基高温合金中的关键合金元素,含量通常在15-25%。
它可以形成稳定的氧化层,提高合金的耐热性和抗氧化性能。
2. 铝(Al)
铝含量通常在5-6%左右,可以与镍、铬等元素形成高温下稳定的γ'相和β相等加强相,大幅提高合金的高温强度。
3. 钛(Ti)
钛含量约为3-5%,与铝一起形成γ'相,同时也可以提高合金的抗氧化性能。
4. 钴(Co)
钴通常含量在5-20%,可提高合金的高温强度和延性。
5. 钼(Mo)
钼含量在3-8%,它可以固化基体,形成碳化物和金属间化合物,从而进一步提高合金的高温强度。
6. 钨(W)
钨含量在3-8%,与钼类似,对提高合金的高温强度也有帮助。
7. 铪(Re)
铪是一种较昂贵的元素,但当含量在3-6%时,可显著提高合金的长期高温力学性能。
除上述主要元素外,还可能含有一定量的铁(Fe)、硼(B)、碳(C)、锆(Zr)等元素,通过微调元素含量和形成适当的相组织,可以获得理想的高温力学性能和耐蚀性。
中国高温合金钢牌号及成分 -回复
中国高温合金钢牌号及成分-回复中国高温合金钢是一种特殊的钢材，具有优异的高温强度和耐腐蚀性能。
它主要由铁、碳、铬、镍、钼、钒等元素组成，常见的牌号有GH4145、GH4169、GH4033等。
本文将一步一步地介绍这些高温合金钢的牌号及其成分。
一、GH4145牌号及成分GH4145是一种镍基高温合金钢，其成分如下所示：- 碳（C）含量介于0.07%至0.12%之间，提供抗腐蚀性能和强度；- 硅（Si）含量不超过0.50%，具有热膨胀系数适中的特点；- 锰（Mn）含量不超过0.50%，用于提高强度和耐蚀性；- 磷（P）和硫（S）的含量都应小于0.015%，以提高锻造和加工的可行性；- 铬（Cr）含量在14.00%至17.00%之间，用于提高抗氧化和耐腐蚀性能；- 铜（Cu）含量不超过0.50%，用于提高抗腐蚀性能；- 钴（Co）的含量介于1.0%至3.0%之间，提高高温强度和耐磨性；- 铝（Al）的含量在0.10%至1.50%之间，用于提高高温强度和可塑性；- 钛（Ti）的含量介于1.5%至3.0%之间，用于提供高温强度和稳定性；- 铌（Nb）的含量可调整，用于提高高温强度和抗热腐蚀性。
二、GH4169牌号及成分GH4169是一种常用的高温合金钢，其成分如下：- 碳（C）含量不超过0.08%，提供高温强度和耐蚀性；- 硅（Si）含量不超过0.35%，具有良好的高温氧化和抗腐蚀能力；- 锰（Mn）含量不超过0.35%，用于提高强度和抗腐蚀性；- 磷（P）和硫（S）的含量都应小于0.015%，以提高锻造和加工的可行性；- 铬（Cr）含量在17.0%至21.0%之间，提供优异的抗氧化和耐高温腐蚀性能；- 铜（Cu）含量不超过0.30%，提高耐腐蚀性；- 钴（Co）含量在1.0%至2.50%之间，提高高温强度和耐磨性；- 铝（Al）含量在0.20%至0.80%之间，用于提高高温强度和可塑性；- 钛（Ti）和铌（Nb）的含量可调整，提供高温强度和稳定性；- 镍（Ni）含量在50.00%至55.00%之间，为基础元素，提供高温强度和良好的耐腐蚀性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910323760.9
(22)申请日 2019.04.22
(71)申请人 陕西科技大学
地址 710021 陕西省西安市未央大学园区
(72)发明人 薛云龙 王秀峰 伍媛婷 刘虎林
刘长青 张新孟
(74)专利代理机构 西安众和至成知识产权代理
事务所(普通合伙) 61249
代理人 强宏超
(51)Int.Cl.
C22C 27/06(2006.01)
(54)发明名称
一种Laves相Cr 2Nb基高温合金
(57)摘要
本发明公开一种Laves相Cr 2Nb基高温合金，
化学式为Cr -12Nb -5Ti -5Mo -5Si，通过合金化元
素在Laves相Cr 2Nb中的择优分布，提高合金组织
中C r 2N b的体积分数，并制备全耦合生长的
Cr 2Nb/Crss共晶组织，从而改善合金的综合力学
性能和热稳定性，为Cr 2Nb高温合金的工程化应
用奠定基础。
权利要求书1页 说明书2页 附图1页CN 110016602 A 2019.07.16
C N 110016602
A
权 利 要 求 书1/1页CN 110016602 A
1.一种Laves相Cr2Nb基高温合金，其特征在于：其化学式为Cr-12Nb-5Ti-5Mo-5Si，通过添加合金化元素Ti、Mo及Si使合金成分向共晶点移动，制备全耦合生长的共晶组织Cr2Nb/ Crss。
2.如权利要求1所述的Laves相Cr2Nb基高温合金，其特征在于：其凝固组织中Cr2Nb的体积分数为57％。
3.如权利要求1所述的Laves相Cr2Nb基高温合金，其特征在于：其凝固组织在室温条件下合金的断裂韧性、屈服强度、弹性模量及维氏硬度分别为14MPa·m1/2、1980MPa、218GPa和8.3GPa。
2。