一种镍铬钼钨铌铝钛系高温合金材料、制备方法及应用技术领域
本发明涉及合金材料，尤其涉及一种Ni-Cr-Mo-W-Nb-Al-Ti系高温合金材料、其制
备方法及其应用。
背景技术
在航空技术领域，航空发动机的热部件中，叶片材料的使用条件最为苛刻。
涡轮叶片是燃气轮机的关键部件，为了提高发动机的效率，必须不断提高涡轮燃
气进口温度。一般叶身部分的温度达650℃以上，甚至高达980℃，叶根部分的温度也高达
700℃以上。而且涡轮叶片承受气动力和离心力的作用，产生拉应力和弯曲应力，同时燃气
流的高速脉冲，使叶片产生震动应力。叶身部分承受的拉应力平均为140Mpa，叶根部分承受
的拉应力达280Mpa以上，因此叶片材料要有足够的高温拉伸强度、持久强度和蠕变强度，此
外还要有良好的机械疲劳、热疲劳性能、抗氧化性能、抗热腐蚀性能、组织稳定性能和一定
的塑性。
传统的高温蒸汽涡轮等部件采用Rene41合金材料，但由于其较低组织稳定性能和
塑性，较大的降低了上述部件的使用寿命。
在新研发出的耐高温发动机合金材料中，部分在1000℃下的抗拉强度可达到
800MPa，然而其持久寿命有限且不具备良好的抗氧化性能，极大的限制了其实际的应用。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的之一在于提供一种在高温条件下具有优异机
械强度、较长持久寿命和优异抗氧化性的合金材料。按重量百分比计，所述高温合金材料的
化学组成为：
C≤0.08；Cr 14.0～16.0；Mo 2.75～3.25；W 2.75～3.25；Nb+Ta2.75～3.25；Al
0.3～0.6；Ti 0.4～0.7；Fe 5.0～9.0；Zr 0.01～0.05；B0.003～0.008；Mg0.01～0.05；Mn
≤0.75；P≤0.01；Si≤0.04；S≤0.01，余量为Ni及不可避免的杂质元素。
优选的，按重量百分比计，所述高温合金材料的化学组成为：
C≤0.08；Cr 14.5～15.5；Mo 2.75～3.25；W 2.75～3.25；Nb+Ta2.75～3.25；Al
0.3～0.6；Ti 0.5～0.6；Fe 5.0～9.0；Zr 0.01～0.05；B0.003～0.008；Mg0.01～0.05；Mn
≤0.75；P≤0.01；Si≤0.04；S≤0.01，余量为Ni及不可避免的杂质元素。
优选的，按重量百分比计，所述高温合金材料的化学组成为：
C≤0.08；Cr 14.0～16.0；Mo 2.75～3.25；W 3.00～3.15；Nb+Ta2.75～3.25；Al
0.3～0.6；Ti 0.4～0.7；Fe 6.0～8.0；Zr 0.01～0.05；B0.003～0.008；Mg0.01～0.05；Mn
≤0.75；P≤0.01；Si≤0.04；S≤0.01，余量为Ni及不可避免的杂质元素。
本发明的另一个目的在于提供制备上述合金材料的方法，该方法包括如下步骤：
(1)按组分比例称量原料，然后进行熔炼，熔炼温度1450～1470℃，溶液浇注成自
耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1240～1260℃，保温3～5小时，开锻温度≥
1200℃，停锻温度≥1010℃；
(4)锻后空冷至室温，再进行表面处理；
(5)热处理：980～1150℃固溶，空冷，即制得所需合金材料。
步骤(1)中，熔炼时在真空感应炉中进行。
步骤(2)在真空自耗炉中进行。
本发明的另外一个目的在于提供上述合金在动力装置上的应用，特别是在高压蒸
汽涡轮上的应用。
本发明的有益效果：
如本发明的实验例所示，本发明所得合金在1050℃下，抗拉强度可达到1080-
1150MPa。值得一提的是，本发明相对于现有的耐高温合金而言，除了具有更优秀的机械性
能，更重要的是具有更为优异的持久寿命；同时，本发明所得合金的抗氧化性能也十分的优
异，750℃下的氧化增重速度仅为0.5～0.7mg/m2·hr。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用
于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练
人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
合金的成分为：
C 0.08；Cr 14.0；Mo 2.75；W 2.75；Nb+Ta 2.75；Al 0.3；Ti 0.4；Fe 5.0；Zr
0.01；B0.003；Mg0.01；Mn 0.75；P 0.01；Si 0.04；S 0.01，余量为Ni及不可避免的杂质元
素。
(1)按上述合金成分进行配料，然后在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度1450～
1470℃，溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极再真空自耗炉中进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1240～1260℃，保温3～5小时，开锻温度≥
1200℃，停锻温度≥1010℃；
(4)锻后空冷至室温，再进行表面处理；
(5)热处理：980～1150℃固溶，空冷，即制得所需合金材料。
实施例2
合金的成分为：
C 0.07；Cr 16.0；Mo 3.25；W 3.25；Nb+Ta 3.25；Al 0.6；Ti 0.7；Fe 9.0；Zr
0.05；B 0.008；Mg 0.05；Mn 0.65；P 0.005；Si 0.03；S 0.005，余量为Ni及不可避免的杂质
元素。
(1)按上述合金成分进行配料，然后在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度1450～
1470℃，溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极再真空自耗炉中进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1240～1260℃，保温3～5小时，开锻温度≥
1200℃，停锻温度≥1010℃；
(4)锻后空冷至室温，再进行表面处理；
(5)热处理：980～1150℃固溶，空冷，即制得所需合金材料。
实施例3
合金的成分为：
C 0.08；Cr 14.5；Mo 3.00；W 3.00；Nb+Ta 3.00；Al 0.4；Ti 0.5；Fe 7.0；Zr
0.01；B 0.004；Mg 0.02；Mn 0.55；P 0.005；Si 0.02；S 0.005，余量为Ni及不可避免的杂质
元素。
(1)按上述合金成分进行配料，然后在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度1450～
1470℃，溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极再真空自耗炉中进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1240～1260℃，保温3～5小时，开锻温度≥
1200℃，停锻温度≥1010℃；
(4)锻后空冷至室温，再进行表面处理；
(5)热处理：980～1150℃固溶，空冷，即制得所需合金材料。
实施例4
合金的成分为：
C 0.08；Cr 15.5；Mo 3.00；W 3.00；Nb+Ta 3.00；Al 0.6；Ti 0.6；Fe 9.0；Zr
0.03；B0.003；Mg 0.05；Mn 0.75；P 0.01；Si 0.04；S 0.01，余量为Ni及不可避免的杂质元
素。
(1)按上述合金成分进行配料，然后在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度1450～
1470℃，溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极再真空自耗炉中进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1240～1260℃，保温3～5小时，开锻温度≥
1200℃，停锻温度≥1010℃；
(4)锻后空冷至室温，再进行表面处理；
(5)热处理：980～1150℃固溶，空冷，即制得所需合金材料。
实施例5
合金的成分为：
C 0.08；Cr 15.0；Mo 3.00；W 3.00；Nb+Ta 3.00；Al 0.6；Ti 0.55；Fe 9.0；Zr
0.03；B0.003；Mg 0.05；Mn 0.75；P 0.01；Si 0.04；S 0.01，余量为Ni及不可避免的杂质元
素。
(1)按上述合金成分进行配料，然后在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度1450～
1470℃，溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极再真空自耗炉中进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1240～1260℃，保温3～5小时，开锻温度≥
1200℃，停锻温度≥1010℃；
(4)锻后空冷至室温，再进行表面处理；
(5)热处理：980～1150℃固溶，空冷，即制得所需合金材料。
实施例6
合金的成分为：
C 0.08；Cr 14.0；Mo 2.75；W 3.00；Nb+Ta 2.75；Al 0.6；Ti 0.7；Fe 6.0；Zr
0.02；B0.007；Mg0.04；Mn 0.45；P 0.01；Si 0.04；S 0.01，余量为Ni及不可避免的杂质元
素。
(1)按上述合金成分进行配料，然后在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度1450～
1470℃，溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极再真空自耗炉中进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1240～1260℃，保温3～5小时，开锻温度≥
1200℃，停锻温度≥1010℃；
(4)锻后空冷至室温，再进行表面处理；
(5)热处理：980～1150℃固溶，空冷，即制得所需合金材料。
实施例7
合金的成分为：
C 0.08；Cr 16.0；Mo 3.25；W 3.15；Nb+Ta 2.75；Al 0.5；Ti 0.6；Fe 8.0；Zr
0.03；B 0.005；Mg 0.02；Mn 0.75；P 0.01；Si 0.04；S 0.01，余量为Ni及不可避免的杂质元
素。
(1)按上述合金成分进行配料，然后在真空感应炉中进行熔炼，熔炼温度1450～
1470℃，溶液浇注成自耗电极；
(2)将步骤(1)所得的自耗电极再真空自耗炉中进行重熔精炼，重熔成电渣锭；
(3)将步骤(2)所得的电渣锭加热至1240～1260℃，保温3～5小时，开锻温度≥
1200℃，停锻温度≥1010℃；
(4)锻后空冷至室温，再进行表面处理；
(5)热处理：980～1150℃固溶，空冷，即制得所需合金材料。
实验例
(1)对实施例1-7所得合金进行1050℃下抗拉强度测试，结果如表1所示。
表1
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(2)对实施例1-7所得合金进行750℃下抗氧化性能测试，测试是于高温静态空气
中进行，结果如表2所示。
表2
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注：表2中氧化增重速度的单位为mg/m2·hr。
其中，对照组合金的成分为：C 0.265％，Mn 2.18％，Si 0.54％，Cr 18.7％，Mo
9.3％，W 3.68％，Al 0.28％，Cu 0.21％，Fe 6.5％，B 1.05％，Ti 3.33％，Co 6.81％，Zr
0.16％，Nb 1.21％，余量为Ni及不可避免的杂质；制备方法如本发明实施例1。
(3)对实施例1-7所得合金进行300℃和750℃下持久寿命的测试，结果如表3所示。
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其中，对照组合金的成分为：C 0.265％，Mn 2.18％，Si 0.54％，Cr 18.7％，Mo
9.3％，W 3.68％，Al 0.28％，Cu 0.21％，Fe 6.5％，B 1.05％，Ti 3.33％，Co 6.81％，Zr
0.16％，Nb 1.21％，余量为Ni及不可避免的杂质；制备方法如本发明实施例1。