一種k4169高溫合金的制作方法
【專利摘要】一種K4169高溫合金，其中中C為0.056％，Ni為52.54％，Cr為19.15％，Mo為3.11％，Al為0.61％，Ti為0.94％，B為0.0048～0.0070％，Zr為0.035～0.049％，Nb為5.03％，Ta為0.05％，Si為0.043％，Mn為0.0035％，S為0.0018％，P為0.0015％，雜質(zhì)≤0.01％，余量為Fe；所述百分比均為質(zhì)量百分比。本發(fā)明通過同時(shí)改變硼和鋯的含量提高K4169高溫合金的流動(dòng)性。
【專利說明】—種K4169高溫合金
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫合金鑄造領(lǐng)域，具體是同時(shí)改變硼和鋯元素的含量提高K4169高溫合金的流動(dòng)性。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年，隨著我國大型運(yùn)輸機(jī)和大型客機(jī)項(xiàng)目的立項(xiàng)，國內(nèi)對(duì)大型復(fù)雜薄壁高溫合金鑄件開始有迫切的需求。如在研的渦扇15、渦扇20及商業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的直徑都在1.2m以上、大面積薄壁壁厚僅1.8~2_。由于缺乏技術(shù)積累，我國在這些復(fù)雜高溫合金鑄件的制造方面遇到巨大的困難，和國外有20~30年的差距。除了面臨尺寸超差的問題以外，傳統(tǒng)熔鑄工藝在解決大型復(fù)雜薄壁鑄件組織控制方面存在極大的挑戰(zhàn):為了保證良好充型通常采用高的澆注溫度，由于鑄件冷卻速率慢、鑄件表面和內(nèi)部溫差大，使得晶粒粗大、薄壁處出現(xiàn)貫穿晶等問題特別突出。而降低澆注溫度則導(dǎo)致澆不足、冷隔、補(bǔ)縮差。因此，在澆注大型復(fù)雜薄壁鑄件時(shí)，保證充型和實(shí)現(xiàn)凝固組織控制表現(xiàn)出尖銳的矛盾，很難兼顧。[0003]如果通過改變合金的成分提高流動(dòng)性，就可保證在低的澆注溫度下鑄件成型，間接起到組織細(xì)化的作用。以前關(guān)于流動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)研究大都集中于鋁、鎂合金，對(duì)于提高高溫合金的流動(dòng)性的研究很少。因此,隨著高溫合金薄壁鑄件的需求增加,探索通過添加微量元素改變高溫合金的流動(dòng)性在高溫合金鑄造上的應(yīng)用是十分必要的。目前，現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)常采用高的澆注溫度、高的模殼溫度提高合金的流動(dòng)性，但是高的澆注溫度和高的模殼溫度會(huì)使合金凝固后的晶粒組織變大，從而降低合金的力學(xué)性能。向合金中添加稀土元素可以提高合金的流動(dòng)性，但高溫合金對(duì)成分要求很嚴(yán)格，其組織和力學(xué)性能對(duì)成分變化十分敏感，那些在其它合金中被廣泛使用的有效的稀土元素對(duì)高溫合金的流動(dòng)性起不到作用。
[0004]經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn):文獻(xiàn)“W.Qudong, L.Yizhen等人在MaterialsScience and Engineering A271 (1999)發(fā)表的 “Study on the fluidity of AZ91+xREmagnesium alloy”公開了稀土元素對(duì)AZ91鎂合金流動(dòng)性的影響。該文獻(xiàn)的只是研究了鎂合金的流動(dòng)性，并沒有對(duì)高溫合金的流動(dòng)性提出工藝方法。
[0005]中國專利號(hào)為ZL200610025394在AZ91D合金基礎(chǔ)上添加Ca/Sr/混合稀土等元素改性，提高合金的流動(dòng)性，但是稀土元素價(jià)格昂貴，大幅度提高了合金的制造成本。
[0006]文獻(xiàn)“郭建亭在2008年科學(xué)出版社出版的高溫合金材料學(xué)上冊(cè)中提到碳元素可以提高高溫合金的流動(dòng)性，但在鑄造高溫合金中碳的百分含量為0.05左右，如果再提高碳的含量就會(huì)降低合金的機(jī)械性能。在K4169高溫合金中，硼和鋯元素的質(zhì)量百分比分別為
0.0026 和 0.028 左右。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種提高K4169高溫合金流動(dòng)性的配方，以實(shí)現(xiàn)在不降低合金力學(xué)性能的前提下，使K4169高溫合金的流動(dòng)性提高22%以上。
[0008]所述K4169高溫合金中 C 為 0.056%,Ni 為 52.54%，Cr 為 19.15%,Mo 為 3.11 %，Al 為 0.61 %，Ti 為 0.94%，B 為 0.0048 ~0.0070 %，Zr 為 0.035 ~0.049 %，Nb 為 5.03 %，Ta 為 0.05% ,Si 為 0.043% ,Mn 為 0.0035%，S 為 0.0018%，P 為 0.0015%，雜質(zhì)≤ 0.01%,
余量為Fe ;所述百分比均為質(zhì)量百分比。
[0009] 本發(fā)明通過同時(shí)改變硼和鋯的含量提高K4169高溫合金的流動(dòng)性。合金的流動(dòng)性是通過螺旋型流動(dòng)性測(cè)試模型進(jìn)行測(cè)定的，以測(cè)定澆注的液態(tài)高溫合金在模型中流動(dòng)后凝固的長度表征合金的流動(dòng)性。如圖1所示為本發(fā)明同時(shí)添加硼和鋯對(duì)K4169高溫合金流動(dòng)性測(cè)試的實(shí)物圖。可以看出，當(dāng)同時(shí)改變硼和鋯的含量，可使K4169高溫合金的流動(dòng)性提高22%以上(詳見表5)。由于合金流動(dòng)性的提高，其顯微疏松也明顯減少。當(dāng)硼和鋯的質(zhì)量百分比分別為0.0059和0.042的顯微疏松(圖3)比現(xiàn)有K4169(圖2)減少了 85%。
[0010]合金的凝固區(qū)間是與流動(dòng)性有直接關(guān)聯(lián)的凝固參數(shù)，Y相是Κ4169高溫合金的基體相，占有很大的體積分?jǐn)?shù)，故選定Y相初始熔化溫度為固相線，而不選擇與補(bǔ)縮相關(guān)的凝固后期的共晶溫度，因此合金的液相線與Y相的初始熔化溫度之間的溫度間隔對(duì)合金的流動(dòng)性有很大的影響。同時(shí)改變硼和鋯元素的含量可以減小合金的液相線與Y相的初始熔化溫度之間的溫度間隔(圖4)，使合金的流動(dòng)性提高。。
[0011]硼和鋯在高溫合金中偏析到晶界，是合金最后凝固的區(qū)域。當(dāng)增加微量的硼和鋯可以形成少量的低熔點(diǎn)相，使合金在同一溫度下的剩余液相體積分?jǐn)?shù)增大，從而使合金的流動(dòng)性提高。在同一溫度下，同時(shí)改變硼和鋯的含量使合金的剩余液相分?jǐn)?shù)比現(xiàn)有的Κ4169高溫合金有所提高(圖5)。Κ4169高溫合金為寬結(jié)晶溫度間隔凝固合金，當(dāng)凝固后的固相體積分?jǐn)?shù)為25~50%時(shí)，液態(tài)合金就停止流動(dòng)了。所以在相同溫度下，剩余液相越多合金的流動(dòng)性越好。
[0012]由于Κ4169高溫合金的組織和力學(xué)性能對(duì)成分變化十分敏感，如果通過改變調(diào)整主要元素來提高合金的流動(dòng)性會(huì)影響合金的力學(xué)性能。高溫合金中兩種或兩種以上微合金化元素的復(fù)合添加對(duì)合金力學(xué)性能產(chǎn)生重要的影響。微量元素硼和鋯在高溫合金中被認(rèn)為是有益元素。硼和鋯都可以改善合金的持久和蠕變性能，但是它們對(duì)合金性能的影響是以互補(bǔ)。由于它們的原子半徑相差較大以及Y和Y'相中的低的溶解度，兩者都向晶界偏聚，填充晶界上的空位，減少晶界擴(kuò)散反應(yīng)，推遲貧化區(qū)的形成，從而提高合金的力學(xué)性能。因此，本發(fā)明通過改變硼和鋯的含量在不降低合金力學(xué)性能的前提下可以提高合金的流動(dòng)性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是不同硼和鋯的含量對(duì)Κ4169合金流動(dòng)性影響的實(shí)物圖；其中，圖1a是Κ4169合金試樣；圖1b是硼和鋯的質(zhì)量百分比分別為0.0059和0.042時(shí)Κ4169合金試樣；圖1c是硼和鋯的質(zhì)量百分比分別為0.0059和0.049時(shí)Κ4169合金試樣；圖1d是鋯的質(zhì)量百分比分別為0.0059和0.035時(shí)Κ4169合金試樣；圖1e是硼和鋯的質(zhì)量百分比分別為0.007和0.042時(shí)Κ4169合金試樣；圖1f是硼和鋯的質(zhì)量百分比分別為0.0048和0.042時(shí)Κ4169合金試樣。
[0014]圖2是Κ4169合金顯微疏松圖。
[0015]圖3是硼和鋯的質(zhì)量百分比分別為0.0059和0.042時(shí)Κ4169合金顯微疏松圖。
[0016]圖4是不同含量的硼和鋯對(duì)Κ4169合金的DSC曲線的影響；其中，曲線I是硼和鋯的質(zhì)量百分比分別為0.0070和0.042時(shí)DSC曲線圖；曲線2是硼和鋯的質(zhì)量百分比分別為
0.0059和0.049時(shí)DSC曲線圖；曲線3是硼和鋯的質(zhì)量百分比分別為0.0059和0.035時(shí)DSC曲線圖；曲線4是硼和鋯的質(zhì)量百分比分別為0.0059和0.042時(shí)DSC曲線圖；曲線5是硼和鋯的質(zhì)量百分比分別為0.0048和0.042時(shí)DSC曲線圖。
[0017]圖5是不同含量的硼和鋯對(duì)K4169合金在不同溫度下的剩余液相分?jǐn)?shù)的影響；其中，曲線6是硼和鋯的質(zhì)量百分比分別為0.0059和0.042時(shí)剩余液相分?jǐn)?shù)圖；曲線7是現(xiàn)有的K4169合金的剩余液相分?jǐn)?shù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1
[0019]本實(shí)例是一種能夠提高K4169高溫合金流動(dòng)性的配方，其組分如表1所示:
[0020]表1
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種K4169高溫合金，其特征在于，所述K4169高溫合金中，C為0.056%，Ni為.52.54%, Cr 為 19.15%, Mo 為 3.11%, Al 為 0.61%, Ti 為 0.94%, Nb 為 5.03%, Ta 為.0.05%, Si 為 0.043%, Mn 為 0.0035%, B 為 0.0048 ~0.007%, Zr 為 0.035 ~0.049%,S為0.0018%, P為0.0015%，雜質(zhì) ≤0.01%，余量為Fe ;所述百分比均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
【文檔編號(hào)】C22C19/05GK103952593SQ201410163739
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】張軍, 介子奇, 黃太文, 劉林, 周偉, 傅恒志 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)