一種含高溫有序γ`強(qiáng)化相的Co-V基高溫合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高(Co，V)含量、主要具有典型γ + Y’兩相組織形貌，并且具有優(yōu)良高溫力學(xué)性能的Co-V基高溫合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高溫合金被廣泛地應(yīng)用于航空、航天、艦船和能源動力等領(lǐng)域，特別是發(fā)動機(jī)高溫部件，如噴油嘴、燃燒室和渦輪葉片等。高溫合金可通過如常規(guī)鑄造，定向凝固等多種工藝制備。有些常規(guī)鑄材又經(jīng)過輥軋、鍛造和擠出等方式加工；有些在鑄造后又采用固溶處理和時效處理等多種方式進(jìn)一步熱處理；有些高溫合金還附有環(huán)境保護(hù)涂層。Co基高溫合金和Ni基高溫合金為目前所熟知的兩大類高溫合金。Co基高溫合金具有優(yōu)良的耐熱腐蝕、耐磨損和抗氧化等特點，并且鈷的恪點比镲的恪點高近40°C。但是相對于Ni基高溫合金而言，較低的高溫強(qiáng)度極大地限制了 Co基高溫合金的應(yīng)用(參見T.C.Du Mond, P.A.Tully, K.ffikle, Metals Handbook, vol.3, American Society for Metals, MetalsPark, OH, 1980, pp.589 - 594 ；C.T.Sims, N.S.Stoloff，ff.C.HageI, Superalloys
II,John Wiley & Sons, New York, 1987, pp.135 - 163 ；J.R.Davis, (Ed.), Nickel,Cobalt, and Their Alloys, ASM internat1nal, 2000, pp.343-368)。相關(guān)研宄表明，由于傳統(tǒng)Co基高溫合金僅通過固溶以及碳化物析出進(jìn)行強(qiáng)化，而非類似Ni基高溫合金中的γ ’共格強(qiáng)化，這使得Co基高溫合金的高溫強(qiáng)度較低(參見C.Τ.Sims, N.S.Stoloff,ff.C.Hagel, Superalloys II, John Wiley & Sons, New York, 1987, pp.158 - 163 ；J.R.Davis, (Ed.), Nickel, Cobalt, and Their Alloys, ASM internat1nal, 2000,pp.104-111)。2006年，Ishida等人在Co-Al-W體系中發(fā)現(xiàn)了具有共格強(qiáng)化相γ’的Co 基高溫合金(參見 J.Sato, Τ.0mori, K.0ikawa, 1.0hnuma, R.Kainuma, K.1shida, Science 2006; 312: 90)，并且隨后在 Co-Ga-W (參見 H.Chinen, T.0mori,K.0ikawa, 1.0hnuma, R.Kainuma, K.1shida, Journal of Phase Equilibria andDiffus1n 2009 ；30: 587)以及 Co-Ge-W (參見 H.Chinen, J.Sato, T.0mori, K.0ikawa, 1.0hnuma, R.Kainuma, K.1shida, Scripta Materialia 2007; 56: 141)等體系中也發(fā)現(xiàn)了共格強(qiáng)化相γ’。由于C0-Al-W體系中共格強(qiáng)化相γ’具有較高的固溶溫度(1000~1140°C)以及γ/γ’具有優(yōu)良的力學(xué)性能，使得該體系有望成為一種新型的高溫材料。但是，對于單純的Co-Al-W三元系來說，其較低的高溫強(qiáng)度表明此類Co基高溫合金的承溫能力依然有限。
專利CN102234732A (專利名稱:鈷鎳超合金及相關(guān)制品)和專利US20110268989A1 (專利名稱:Cobalt_nickel superalloys, and related articles)介紹了一種基于傳統(tǒng)鈷基合金Haynes 188、包含γ’ ((Co, Ni)3(Al, Z)，Z為難熔金屬)的鈷鎳合金組成物，其成分約為金屬單質(zhì)鈷(30~50 wt.%)、金屬鎳(20~40 wt.%)、金屬鋁和鉻(10 wt.%)、難熔金屬鶴(10-16 wt.%)和鉭(至多4 wt.%)。通過固溶處理、時效處理、空冷等處理方法，獲得了含尺寸約200nm的γ’ -(Co, Ni)3(Al, W)的鈷鎳超合金。并且差示掃描量熱測定(DSC)的結(jié)果表明Al、Ni以及Ta的添加有利于提高γ’的固溶溫度。值得注意的是，高的γ’的固溶溫度是高溫合金在實際應(yīng)用中的一個重要因素，雖然該合金的γ’固溶溫度最高達(dá)到了 930°C，但是仍然需要進(jìn)一步提高γ’的固溶溫度。
[0003]專利CN101248198A(專利名稱:高耐熱性、高強(qiáng)度Co基合金及其制造方法)和專利US20080185078A1(專利名稱:Cobalt-base alloys with high heat reaiatance and highstrength and process for producing the same)介紹了一種含有 γ’ (Co3(Al, ff))的鈷基高溫合金，其由金屬單質(zhì)銷(0.1~10 wt.%)、金屬鶴(3~45 wt.%)，少量的硼、碳、紀(jì)、鑭、镲、銥、鐵、絡(luò)、鉬、錸、鈦、錯、給、|凡、銀、鉭以及金屬鈷構(gòu)成。通過恪解、鑄造、熱乳、熱處理等手段制備出了耐氧化性優(yōu)良的、延展性良好的、與Waspaloy合金的高溫硬度同等水平的鈷基高溫合金。但是該專利中的基礎(chǔ)合金系Co-Al-W的強(qiáng)度不高。
[0004]專利CN101671785A (專利名稱:耐高溫Co基高溫合金)和專利US20100061883A1(專利名稱:High-temperature-resistant cobalt-base superalloy)介紹了一種通過 γ’析出以及其他析出機(jī)制強(qiáng)化的耐高溫Co基合金。其成分約為金屬單質(zhì)鶴(25-28 wt.%)、金屬銷(3-8 wt.%)、金屬鉭(0.5~6 wt.%)、金屬鉬(0~3 wt.%)、碳(0.01~0.2 wt.%)、金屬鉿(0.01-0.1 wt.%)、硼(0.001-0.05 wt.%)、硅(0.01-0.1 wt.%)、余量為金屬鈷。通過固溶、時效等處理，獲得了具有優(yōu)良的高溫抗氧化性以及改進(jìn)的高溫強(qiáng)度的耐高溫Co基合金。值得注意的是，由于該專利以Co-Al-W系為基礎(chǔ)，而單純的Co-Al-W三元合金的強(qiáng)度并不高。
[0005]專利CN103045910A (專利名稱:一種高溫穩(wěn)定γ ’相強(qiáng)化的Co基高溫合金及其制備方法)介紹了一種含高溫穩(wěn)定γ’的、具有γ + γ’兩相結(jié)構(gòu)的鈷基高溫合金。其成分約為金屬單質(zhì)銷(4~12 at.%)、金屬鶴(4~12 at.%)、金屬鉭(1~4 at.%)、金屬鈦(1~6at.%)、金屬絡(luò)(O -10 at.%)、金屬鉬(0~3 at.%)、金屬給(O ~2 at.%)、碳(0~1 at.%)、硼(0~1 at.%)、余量為金屬鈷。通過熔解、固溶以及時效等熱處理過程，獲得了含有體積分?jǐn)?shù)大于50%的立方狀的γ’的Co基高溫合金。并且該合金具有更高的Y’固溶溫度以及更高的γ + γ’兩相組織穩(wěn)定溫度。該專利以Co-Al-W三元為基礎(chǔ)，添加其它組元，使合金的性能得到優(yōu)化。而Co-Al-W基合金在1000°C上很難保持γ + Y’的兩相組織，從而難以進(jìn)一步提高其高溫強(qiáng)度。
[0006]專利US005422072A (專利名稱:Enhanced co-based alloy)介紹了一種高高溫強(qiáng)度、耐磨損、耐腐蝕、耐氧化的鈷基合金。其成分約為碳(0.1~1.2 Wt.%)、至少硅錳中的一種(0.01~2 wt.%)、金屬鉻(22~37 wt.%)、金屬鎳(5~15 wt.%)、金屬錸(0.1~3.5 wt.%)、余量為金屬鈷。并且通過鈷、碳、硅、錳、鉻、鎳、錸、硼、鋯、鎢、鉬、鉭、鈮來改良高溫耐磨損性；利用鉿來改良耐腐蝕性；利用釔和稀土來改良高溫抗氧化性。該專利中添加了較多的金屬鉻，這不利于γ’強(qiáng)化相的穩(wěn)定。
[0007]需要指出的是，到目前為止，還未有以Co-V為基的高溫合金的相關(guān)研宄報道。因此，本發(fā)明人對此進(jìn)行研宄，本案由此產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種含高溫有序Y ’強(qiáng)化相的Co-V基高溫合金及其制備方法，主要以共格強(qiáng)化為機(jī)理，在高溫條件下具有較高強(qiáng)度，而具有較大發(fā)展前景。
[0009]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種含高溫有序γ’強(qiáng)化相的C0-V基高溫合金，該高溫合金主要由均勻分布的立方狀有序γ’和基體γ構(gòu)成，并且具有優(yōu)良的高溫力學(xué)性能。該合金的成分按原子百分比為:Co 為 67.8-94%, V 為 5-26%, X 為 1-6%, X 為 Ta、T1、Nb、Al、N1、Mo、W、Cr、Re、Ir 和 Ru 中的一種或二種以上構(gòu)成，Y為0