镍基高温合金
专利汇可以提供镍基高温合金专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及镍基高温 合金 ，其以重量％计包含、特别是由以下元素构成：Co+Fe+Mn 0－20，Al 4－6，Cr＞12－20，Ta＞7.5－15，Ti 0－＜0.45，V 0－1，Nb 0－＜0.28，Mo 0－2.5，Mo+W+Re+Rh 2－8，Ru+Os+Ir+Pt+Pd 0－4，Hf 0－1.5，C+B+Zr 0－0.5，Ca+Mg+Cu 0－0.5，Y+La+Sc+Ce+锕系元素+镧系元素0－0.5，Si 0－0.5，Ni余量和不可避免的杂质。，下面是镍基高温合金专利的具体信息内容。
1.镍基高温合金，其以重量％计包含以下元素，特别是由以下元 素构成：
Co+Fe+Mn 0-20
Al 4-6，特别是4.3-6，
Cr ＞12-20
Ta ＞7.5-15
Ti 0-＜0.45
V 0-1
Nb 0-＜0.28
Mo 0-2.5
Mo+W+Re+Rh 2-8
Ru+Os+Ir+Pt+Pd 0-4
Hf 0-1.5
C+B+Zr 0-0.5
Ca+Mg+Cu 0-0.5
Y+La+Sc+Ce+
锕系元素+镧系元素 0-0.5
Si 0-0.5
Ni 余量
和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的镍基高温合金，其中钛(Ti)的含量在 0-0.40重量％、优选地0-0.35重量％、更优选地0-0.30重量％并最优选 地0-0.20重量％的范围内。
3.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金，其中铌 (Nb)的含量在0-0.25重量％、优选地0-0.20重量％、更优选地0-0.15重 量％并最优选地0-0.10重量％的范围内。
4.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金，其中碳(C) 的含量在0-0.15重量％、优选地0-0.08重量％、更优选地0.01-0.06重量 ％并最优选地0.02-0.04重量％的范围内。
5.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金，其中硼(B) 的含量在0-0.02重量％、优选地0-0.01重量％、更优选地0.001-0.008重 量％并最优选地0.003-0.007重量％的范围内。
6.含根据权利要求1-5中任意一项所述的镍基高温合金的传统 铸造部件。
7.含根据权利要求1-5中任意一项所述的镍基高温合金的定向 凝固部件。
8.含根据权利要求1-5中任意一项所述的镍基高温合金的单晶 部件。
9.由高温合金构成的传统铸造部件或单晶部件，其中所述高温合 金以重量％计包含以下元素、特别是由以下元素构成：
Co+Fe+Mn 0-20
Al 4-6，特别是4.3-6
Cr ＞12-20
Ta ＞7.5-15
Ti 0-1.5
V 0-1
Ti+Nb+V 0-2
Mo 0-2.5
Mo+W+Re+Rh 2-8
Ru+Os+Ir+Pt+Pd 0-4
Hf 0-1.5
C+B+Zr 0-0.5
Ca+Mg+Cu 0-0.5
Y+La+Sc+Ce+
锕系元素+镧系元素 0-0.5
Si 0-0.5
Ni 余量
和不可避免的杂质。
10.根据权利要求6-9中任意一项所述的部件，其中所述部件为燃 气涡轮部件。
11.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述高温合金中存在钒(V)元素。
12.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中存在铌(Nb)元素。
13.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中存在钼(Mo)元素，优选地含1.0-2.4重量％的Mo，更优选 地含1.7重量％的Mo。
14.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中存在钌(Ru)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)或钯(Pd)中的至少一 种元素。
15.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中存在铪(Hf)元素，优选地Hf含量高于0.1重量％，更优选 地Hf含量为0.1重量％。
16.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中存在碳(C)、硼(B)或锆(Zr)中的至少一种元素。
17.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中存在钙(Ca)、镁(Mg)或铜(Cu)中的至少一种元素。
18.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中存在钇(Y)、镧(La)、钪(Sc)、铈(Ce)、锕系或镧系元素 中的至少一种元素。
19.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中存在硅(Si)元素。
20.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中存在钴(Co)、铁(Fe)或锰(Mn)中的至少一种元素。
21.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中存在钴(Co)，优选地存在2-4重量％的钴(Co)，更优选地 存在3重量％的钴(Co)。
22.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中存在镁(Mg)。
23.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中存在铁(Fe)。
24.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中存在钛(Ti)。
25.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中存在钴(Co)和铁(Fe)，其中Fe含量小于Co含量。
26.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中存在钴(Co)和锰(Mn)，其中Mn含量小于Co含量。
27.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中存在钴(Co)、锰(Mn)和铁(Fe)，其中Fe和Mn的含量小 于Co含量。
28.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中铬(Cr)的含量在14-18重量％之间，优选地为16重量％。
29.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中钨(W)的含量在1.7-2.8重量％之间，特别是为2.3重量％。
30.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中铝(Al)的含量大于或等于4.5重量％。
31.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中钽(Ta)的含量在9-11重量％之间，优选地为10重量％。
32.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中存在锆(Zr)和硼(B)。
33.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中锆(Zr)的含量大于或等于0.02重量％，特别是为0.02重量％。
34.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中碳(C)的含量大于或等于0.06重量％，特别是为0.06重量％。
35.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中硼(B)的含量大于或等于0.01重量％，特别是为0.01重量％。
36.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中Hf的最大含量为0.5重量％。
37.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中不存在钛(Ti)。
38.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中不存在铁(Fe)。
39.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中不存在锰(Mn)。
40.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中所述高温合金包含以下元素、优选地由以下元素构成：Ni、Co、Cr、 Mo、W、Al、Ta、Hf、Zr、C和B。
41.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中铝(Al)的含量在4.0-4.3重量％之间。
42.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中不存在钛(Ti)。
43.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中不存在钒(V)。
44.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中不存在铌(Nb)。
45.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中在所述合金中不存在硅(Si)。
46.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中铬(Cr)的含量大于14重量％，特别是为14重量％。
47.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中铬(Cr)的含量大于16重量％，特别是为16重量％。
48.根据前面权利要求中任意一项所述的镍基高温合金或部件，其 中钽(Ta)的含量大于10重量％，特别是为10重量％。
本发明涉及镍基高温合金及含这些合金的部件。
镍基高温合金被用于要求结合的高温下的高强度和强抗化学腐蚀 能力的应用中。它们被用于制造燃气涡轮的部件如叶片和轮叶。这些部 件被设置在涡轮的高温段，所以必须承受高温和侵蚀性气氛。
在例如US6,818,077、US6,419,763、US6,177,046、EP0789087和 EP0637474中公开了镍基高温合金及上述类型的部件。
本发明的目的之一在于提供一种结合了高强度、高抗氧化性、高耐 腐蚀性、显微结构稳定性和大热处理窗口的镍基高温合金。本发明的另 一目的在于提供含这种高温合金的部件。
这些目的可通过权利要求1的高温合金以及权利要求6、7、8和9的 部件达到。
本发明的镍基高温合金以重量％计包含：
Co+Fe+Mn 0-20
Al 4-6
Cr ＞12-20
Ta ＞7.5-15
Ti 0-＜0.45
V 0-1
Nb 0-＜0.28
Mo 0-2.5
Mo+W+Re+Rh 2-8
Ru+Os+Ir+Pt+Pd 0-4
Hf 0-1.5
C+B+Zr 0-0.5
Ca+Mg+Cu 0-0.5
Y+La+Sc+Ce+
锕系元素+镧系元素 0-0.5
Si 0-0.5
Ni 余量
特别地，所述高温合金由这些元素构成。特别地，在所述合金中存 在一种、几种或所有任选性地列出的元素。“存在”是指该元素的含量可 测地高出该元素在镍基高温合金中的已知杂质含量。这意味着该元素的 含量是该元素在镍粉基合金中的杂质含量的至少两倍。
所述合金含大量的Al、Cr和Ta，以提供高强度、高抗氧化性和高耐 腐蚀性的结合。
除Ta之外，还可向所述高温合金中加入其它γ一次颗粒强化剂如Ti、 Nb和V，但由于它们对抗氧化性有害，所以它们最多也只能以有限的量 加入。
Ti含量不应超过0.45重量％，Nb含量不应超过0.28重量％，V含量不 应超过1重量％。
基质强化元素Mo、W、Re和Rh的含量在2-8重量％之间。
所述高温合金中还可存在其它元素如Hf、C、B、Zr、Ca、Mg、Cu、 Y、La、Sc、Ce、锕系和镧系元素以及Si，以使其性质适应特殊需要如 晶界强化、氧化皮强化和与特定涂层体系的兼容性。
Ti的含量可以在0-0.40重量％的范围内。优选地其可为0-0.35重量％， 更优选地0-0.30重量％，最优选地0-0.20重量％。
Nb的含量可以在0-0.25重量％的范围内，优选地0-0.20重量％，更优 选地0-0.15重量％，最优选地0-0.10重量％。
根据本发明的另一实施方案，C的含量可以在0-0.15重量％的范围 内，优选地0-0.08重量％，更优选地0.01-0.06重量％，最优选地0.02-0.04 重量％。
本发明的高温合金还可包含0-0.02重量％、优选地0-0.01重量％、更 优选地0.001-0.008重量％并最优选地0.003-0.007重量％的B。
根据本发明的一个方面，提供了含所述高温合金的传统铸造部件、 定向凝固部件和单晶部件。
根据本发明的另一方面，提供了由高温合金构成的传统铸造部件或 单晶部件，其中所述高温合金以重量％计包含：
Co+Fe+Mn 0-20
Al 4-6
Cr ＞12-20
Ta ＞75-15
Ti 0-1.5
V 0-1
Ti+Nb+V 0-2
Mo 0-2.5
Mo+W+Re+Rh 2-8
Ru+Os+Ir+Pt+Pd 0-4
Hf 0-1.5
C+B+Zr 0-0.5
Ca+Mg+Cu 0-0.5
Y+La+Sc+Ce+
锕系元素+镧系元素 0-0.5
Si 0-0.5
Ni 余量。
特别地，所述高温合金由这些元素构成。
本发明的部件特别是可以为燃气涡轮部件，例如涡轮叶片或轮叶， 或为填料，例如用于激光焊接燃气涡轮部件的填料。
下面描述了本发明的一个优选实施方案。铸造了具有表1所给组成 的高温合金。
表1
元素 重量％ Co 4.12 Cr 14.2 Mo 0.96 W 2.51 Al 5.47 Ta 10.1 Hf 0.41 C 0.04 B 0.005 Ni 余量
特别地，所述高温合金包含元素Ni、Co、Cr、Mo、W、Al、Ta、 Hf、C和B，且更特别是仅由这些元素构成。
为了表征表1中的铸造高温合金的特性，进行了不同实验。
分别在1220、1250、1260、1270和1300℃进行4h的涂浆(solutioning) 试验并继之以用水急冷。在1220℃下可以看到残余颗粒，而在1250、 1260、1270和1300℃下观察到没有初熔的完全涂浆。
进一步施加在1250℃以8h、1100℃以4h和850℃以24h的热处理。 SEM和TEM分析显示出具有边长～0.35μm的一次颗粒和大量二次颗粒 的非常规则的微观结构(参见图1和图2)。
未发现TCP相的痕迹。测得所述颗粒的含量为～60体积％。
在此较高的颗粒含量下，通常难以获得很大的热处理窗口或难以包 含多达14％的Cr而不析出脆性相。
因此，已表明这种在最多中等水平的其它合金元素下对Cr、Ta和Al 的强调能提供大的热处理窗口和良好的显微结构稳定性。由于对于抗氧 化性来说Al被认为是非常有益的，Cr和Ta被认为是有益的，而Mo和W 被认为是轻度有害的(Ti、Nb和V被认为是有害的)，所以表1中的组成将 具有高抗氧化性。由于具有14％的Cr和低水平的有害元素Mo，其还将具 有高耐腐蚀性。
由于Ta是一种非常强的强化元素，所以在中等水平的Mo和W支持下 高达10％的Ta使得其还将具有高强度。从而其能满足我们对高强度、高 抗氧化性、高耐腐蚀性、显微结构稳定性和大热处理窗口的要求。
表2显示了本发明另一优选实施方案。
表2
元素 重量％ Ni 余量 Co 3 Cr 16 Mo 1.7 W 2.3 Al 4.5 Ta 10 Hf 0.1 Zr 0.02 C 0.06 B 0.01
特别地，所述高温合金包含元素Ni、Co、Cr、Mo、W、Al、Ta、 Hf、Zr、C和B，且更特别是仅由这些元素构成。
大多数高抗氧化性合金例如CMSX-4都含有＞5％的Al并以生产工艺 铸造以获得＜5ppm的S，且近来获得低至＜0.5ppm水平的S。
表2中组成的平均硫含量(S)估计为～30ppm，在此含量下其应该 是非常有害的，Al含量为较为中等的4.5％。
然而对表2中高温合金的循环氧化试验却表现出在1h循环时间和 1100℃试验温度的恶劣试验条件下300h的稳定响应，这表明具有形成稳 定的氧化铝的能力，即具有高抗氧化性。因此，这表明这种在最多中等 水平的其它合金元素下对Cr、Ta和Al的强调能提供高抗氧化性。
表2中的组成的颗粒含量低于表1中的组成，为约45体积％而非约60 体积％，因此应当具有更大的热处理窗口并至少同样稳定。由于具有16％ 的Cr和低水平的有害元素Mo，其还将具有高耐腐蚀性。
由于Ta是一种非常强的强化元素，所以在中等水平的Mo和W支持下 高达10％的Ta使得其也将具有高强度。
从而其能满足我们对高强度、高抗氧化性、高耐腐蚀性、显微结构 稳定性和大热处理窗口的要求。
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