[go: up one dir, main page]

CN1150826A - 金属间的镍-铝基合金 - Google Patents

金属间的镍-铝基合金 Download PDF

Info

Publication number
CN1150826A
CN1150826A CN95193622A CN95193622A CN1150826A CN 1150826 A CN1150826 A CN 1150826A CN 95193622 A CN95193622 A CN 95193622A CN 95193622 A CN95193622 A CN 95193622A CN 1150826 A CN1150826 A CN 1150826A
Authority
CN
China
Prior art keywords
atom
chromium
alloy
tantalum
nial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN95193622A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1044493C (zh
Inventor
格哈特·索瑟夫
本尼迪克特·佐莫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Corp
Original Assignee
Starc Co
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Starc Co, Siemens Corp filed Critical Starc Co
Publication of CN1150826A publication Critical patent/CN1150826A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1044493C publication Critical patent/CN1044493C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/057Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being less 10%
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

一种金属间的镍铝基合金,它的组织主要由二元相NiAl组成,以及此外还有元素铬和钽,铬和钽元素的成分总共最多为12原子%,最佳的含量范围钽为0.3至3.8原子%,铬为1.0至9.0原子%。这种金属间的镍铝基合金的主要特点,是在高温下例如1350℃时有高的抗氧化性能。因此,它适用于制造受高温持久荷载的结构构件,例如燃气涡轮机的叶片。由于它有高的抗氧化性,所以可以不需要附加的氧化保护层。

Description

金属间的镍-铝基合金
本发明涉及一种金属间的镍-铝基合金,它有二元相NiAl。此外,本发明还涉及此金属间的镍铝基合金的应用。
在DE-AS1812144中介绍了制造一种高强度的具有良好耐氧化性的镍铝材料的方法。按这种方法,镍粉与铝粉混合,接着压制和冷却变形,从而形成一种具有纤维结构或分层结构的自支撑和整体式模制体。镍的成分至少为80%,铝的成分最高为20%。此整体式模制体紧接着依次在各个高温下热变形。在镍中除了铝的固溶体外,在这种情况下还主要形成化合物Ni3Al。这种固溶体以及化合物Ni3Al通过X射线分析可以被证实。采用这种方法在镍和铝之间会产生多少其它的化合物,从设计步骤中无从获悉。
本发明的目的是改进一种镍铝合金的热机械性能。在这里主要是指热强度、耐氧化性和抗热冲击性。本发明另一个目的是给出作如此改进后的镍铝合金的应用。
本发明的目的是通过一种金属间的镍铝基合金来实现的,它主要有二元相NiAl和另外还附加有铬和钽,其中,铬和钽的总含量最大为12原子%。二元相NiAl的成分最好在70至95原子%之间,尤其在85至90原子%之间。钽或铬的最佳含量范围为0.3至3.8原子%或1.0至9.0原子%。在这样的范围内,最好采用0.3至0.9原子%的钽和1.0至3原子%的铬,或1.7至3.0原子%的钽和6.0至9.0原子%的铬。
在这种情况下钽与铬之比最好为1∶3或更小。采用这样的比例,在NiAl中置换元素的浓度达到最大值。通过添加钽和铬,会在金属间镍铝基合金中二元相NiAl的晶界上产生粗大的多元拉夫斯相析出,其中可能有元素Ni,Al,Cr和Ta。此外,在NiAl晶粒内部析出细小的拉夫斯相和α-铬。在这种情况下,组织最好由5至11体积%的拉夫斯相、在NiAl中3至10体积%的析出物以及其余为NiAl组成。业已证实特别有利的是,在组织中含有在晶界上的约11体积%拉夫斯相加和在NiAl中约10体积%析出物以及其余为NiAl。
若在此合金中附加地含有铁、钼、钨和铪族中的至少一种元素,数量各至1原子%,但总量不超过3原子%时,则可以进一步改进某种性能。除此之外,合金可能具有示踪元素如氧、氮和硫以及制造引起的杂质。
通过按上述含量范围添加钽和铬,形成已提及的粗或细的多元拉夫斯相和α-铬。这些析出通常可以在不同的NiAl晶粒的楔点(Zwickelpunkten)上找到。若合金元素钽或铬高于所说明的量,可能导致以不希望的程度增加析出量。在拉夫斯相的体积含量过分强烈地增加时,形成一种细胞状组织,其中拉夫斯相起母体的作用。在组织中拉夫斯相含量过大,使金属间合金变脆和加工性很差。
通过添加铁、钼、钨、铌和铪族的一种或多种元素分别至1原子%,但总量不超过3原子%,可以获得短时负载时的强度增加。当然蠕变强度减小了。通过添加铪,在第一次腐蚀后促使改善氧化层的附着。
为达到按本发明针对合金的使用提出的目的,是将NiAl基合金用于制造燃气轮机的结构构件,尤其是高温负荷的构件如燃气涡轮机叶片。燃气轮机由这种基合金制造的构件尤其是涡轮机叶片,由于其高的抗氧化能力,因而特别适合在高温下长期使用,例如高于1100℃,尤其是在1350℃的情况下。在采用这种基合金制的构件时,与超级高温合金不同,根据不同的要求它可以不需要附加的带保护层的涂层。由一种统一的合金组成而在其上面无需敷设附加层所制成的涡轮机叶片,可以非常简便地生产,与由多层组成的涡轮机叶片相比,摆脱了在各层之间连接的困难。
一般而言,这种金属间的镍铝基合金也适合于作为制造这些物品的材料,即,它们必须具有高强度、高耐热性、良好的韧性、良好的耐氧化性以及良好的抗热中击能力。其中,在室温下,在0.2%屈服点时热强度高于600MPa。在0.2%屈服点时,在800℃下的耐热强度高于200MPa,而在1000℃时高于90MPa。韧性至少为7MPa/m,以及,抗氧化性在数量级为5*10-14g2cm-4s。
下面借助于举例详细说明这种金属间的镍铝基合金。
所研究的合金成分(按原子百分数)表示在下表1中。
表1
   Ni   Al   Ta   Cr                    其它
SSM364  45.00  45.00  2.50  7.5
VA2823  44.50  44.50  2.50  8.00 0.39Fe,0.105C
USM 2823  44.40  43.90  2.90  8.50 0.14Fe,0.02D
USM 2922  45.00  45.00  2.00  8.00
PM 75/76  44.10  44.10  2.40  7.70 0.09Fe,0.06C,0.09O,33ppm N,14ppm S
VA892/SP75  44.50  45.20  2.53  7.60 90ppm Hf,0.04C,20ppm S,61ppm o
组织的结构亦即晶粒大小、析出物的分布和析出物的大小,随生产过程变化很大。通过热力学处理、挤压(SP)或使用粉末冶金的制造路线(PM),可使拉夫斯相颗粒的分布均匀化。
合金的机械性能与所选择的制造过程密切相关。对于这种合金遵循下列制造路线:
-尽可能定向凝固,通过浇注工艺生成无缺陷的组织。过程参数与超级高温合金的过程参数相应(参见U.Paul,VDI-进度报告Nr.264,VDI出版社),
-粉末冶金:通过吹入惰性气体,井紧接着在1250℃下热等压压制,
-在1250℃下挤压,使组织均匀化并调整为规定的晶粒直径尺寸,
-在多轴的应力状态和1100℃下热压。
定向凝固试样具有明确的较高强度,而例如挤压的材料有降低了的或很低的强度。下列表2表示不同的合金和NiAl在镦粗试验中的0.2%屈服点。
表2
温度、(按℃)合金牌号:    23 200   400   600   800   900   1000  1100   1200
SSm 364   650   520   451   201   146    94   60    46
VA2823   640   524   414   264   137   83
USM 2823   1501   1494   584   404   186   125    88
PM 75   814   593   456   284   126   65
PM 76   869   562   466   275   113   51
VA892   133
SP 75   730   581   344   294   113   69
表3表示在压缩试验中被研究合金的抗蠕变强度(按MPa)(在1000℃和1100℃下二次稳定的蠕变强度作为应变率按[按l/S]的函数)。
表3
应变率按(l/s)合金牌号: 1.00E-08在1000℃ 1.00E-07在1000℃ 1.00E-06在1000℃ 1.00E-08在1100℃ 1.00E-07在1100℃ 1.00E-06在1100℃
Ssm 364 19.90 36.10 55.50 14.60 20.00 34.60
VA/SM 16.50 23.20 33.40
USM 2823(铸件) 79.00 98.00 28.50 32.80 39.00
PM 75 13.90 22.90 36.80 17.50
PM 76 11.20 19.90 338.80 11.00
SP 75 10.00 18.00 33.90 11.10
这种合金的蠕变强度高于类似的金属间相的蠕变强度,例如高于二元的NiAl或NiAlCr合金的蠕变强度。
表4a列出了对传统的超级高温合金、二元的NiAl合金和NiAl-Ta-Cr合金在压缩试验中0.2%屈眼点(按MPa)的比较。
表4a
    温度:  超级高温合金   Ni50Al50   NiAl-Ta-Cr铸件/PM75
    900℃     424     47      345/205
    1000℃     135     26      186/126
    1100℃     28     18      125/65
有关0.2%屈眼点,上表证实按本发明的合金在温度高于1000℃时具有优越性。
下列表4b列出了超级高温合金、二元的NiAl合金和所发明的NiAl-Ta-Cr合金在压缩试验中当ε=10-7l/S时稳定的抗蠕变强度(按MPa)的比较。
表4b
    温度:     Ni50Al50     NiAl-Ta-Cr2823/2922    NiAl-Ta-CrPM75/SP75
    1000℃      13      79/89      23/19
    1100℃      n.b.      33/33      10/6
    1200℃      n.b.      /21
表中的缩写n.b是表示有关的值未确定。
与传统的超级高温合金相比,NiAl-Ta-Cr合金的优点在于,即使高于1050℃至1150℃,它仍有足够的强度。在这种合金中不存在强度的突然下降,这种强度的突然下降归因于固相的疏松。
表5表示各种陶瓷的粉末冶金程序生产的NiAl-Ta-Cr合金由工业资料已知的KIC值的比较。
表5
  NiAl铸件  NiAl-Ta-Cr铸件   NiAl-Ta-Cr PM  NiAl-Ta-Cr SP  SiC
KIC/MPa m      4-5*        4.5         8       8-11  4.6
*Reuβ,博士论文,北莱茵-威斯特法伦-亚琛工大
金属间的NiAl基合金的韧性比二元的NiAl和SiC测得的数据要好得多。
此合金具有数量级为5*10-14g2Cm-4S的良好的抗氧化性,因此,它与二元的NiAl的抗氧化性相同或更好。与超级高温合金相比,在高温下不需要保护层,例如陶瓷材料保护层。从而避免了在陶瓷与金属部分之间的连接问题。
赋予了足够的抗热冲击能力。在1350℃时合金经500个温度循环后做到了对材料没有损害。

Claims (12)

1、一种金属间的镍-铝基合金,它的组织主要由二元相NiAl组成,并有铬和钽,其中这两种元素铬和钽含量最高至12原子%。
2、按照权利要求1所述的合金,其特征在于:二元相NiAl在组织中总计占70原子%至95原子%,尤其是85原子%至90原子%。
3、按照权利要求1或2所述的合金,其特征在于:它含有0.3原子%至3.0原子%的钽,和1.0原子%至9.0原子%的铬。
4、按照权利要求3所述的合金,其特征在于:它含有0.3原子%至0.9原子%的钽,和1.0原子%至3.0原子%的铬。
5、按照权利要求3所述的合金,其特征在于:它含有0.7原子%至3.0原子%的钽,和6.0原子%至9.0原子%的铬。
6、按照上述任一项权利要求所述的合金,其特征在于:它含有比例为1∶3或更小的钽和铬。
7、按照上述任一项权利要求所述的合金,其特征在于:在至少一些NiAl晶界存在粗大的拉夫斯相析出物,以及至少在一些镍-铝晶粒内部存在细小的拉夫斯相析出物和α铬。
8、按照权利要求7所述的合金,其特征在于,它的组织含5至10体积%的粗大拉夫斯相析出物,在NiAl内有3至10体积%的细小拉夫斯相析出物和α铬。
9、按照权利要求8所述的合金,其特征在于,它的组织在晶界面上约有11体积%的拉夫斯相和在二元的NiAl内约有10体积%的析出物。
10、按照上述任一项权利要求所述的合金,其特征在于:它至少含有一种来自铁、钼、钨、铌和铪族的元素,其含量分别至1原子%,但总量不超过3原子%。
11、金属间的镍铝基合金的应用,这种合金主要有二元相的NiAl以及有元素钽和铬,其中,钽和铬总成分最高至12原子%,它应用于作为制造燃气轮机结构构件的材料,例如燃气涡轮机工作叶片和燃气涡轮机导向叶片。
12、应用按照权利要求1至10中任一项所述成分的合金作为制造构件的材料,这种合金有室温下0.2%屈服点高于600MPa的高强度,800℃时0.2%屈服点高于200MPa,1000℃时高于90MPa的高耐热强度,KIC至少7MPa/m的良好韧性,5*10-14g2Cm-4S的良好耐氧化性,以及良好的抗热冲击性。
CN95193622A 1994-05-21 1995-05-19 镍-铝金属间化合物基合金及其应用 Expired - Fee Related CN1044493C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4417936A DE4417936C1 (de) 1994-05-21 1994-05-21 Nickel-Aluminium-Legierung
DEP4417936.7 1994-05-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1150826A true CN1150826A (zh) 1997-05-28
CN1044493C CN1044493C (zh) 1999-08-04

Family

ID=6518734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN95193622A Expired - Fee Related CN1044493C (zh) 1994-05-21 1995-05-19 镍-铝金属间化合物基合金及其应用

Country Status (8)

Country Link
EP (1) EP0760869B1 (zh)
JP (1) JPH10500453A (zh)
KR (1) KR100359187B1 (zh)
CN (1) CN1044493C (zh)
CZ (1) CZ342696A3 (zh)
DE (2) DE4417936C1 (zh)
RU (1) RU2148671C1 (zh)
WO (1) WO1995032314A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100422369C (zh) * 2006-12-13 2008-10-01 北京航空航天大学 Ti改性NiAl-Cr(Mo)多相共晶结构金属间化合物
CN104073688A (zh) * 2014-06-19 2014-10-01 湖南科技大学 一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金作为碱腐蚀工况下自润滑耐磨材料的应用
CN104294328A (zh) * 2014-10-23 2015-01-21 上海应用技术学院 一种镍钼铝稀土镀层及其制备方法
CN115595486A (zh) * 2022-10-14 2023-01-13 中国科学院金属研究所(Cn) 一种高温涡轮叶片叶尖耐磨切削涂层及其制备方法和应用

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE521471C2 (sv) * 2001-03-27 2003-11-04 Koncentra Holding Ab Kolvring och beläggning på en kolvring innefattande ett kompositmaterial av en keram och en intermetallisk förening
BR102013019686B1 (pt) 2013-08-01 2020-11-03 Mahle Metal Leve S/A anel de pistão e seu processo de fabricação
DE102017109156A1 (de) 2016-04-28 2017-11-02 Hochschule Flensburg Hochwarmfester Werkstoff und dessen Herstellung

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1812144C3 (de) * 1967-12-06 1974-04-18 Cabot Corp., Boston, Mass. (V.St.A.) Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Nickel-Aluminium-WerkstofTs
US5116691A (en) * 1991-03-04 1992-05-26 General Electric Company Ductility microalloyed NiAl intermetallic compounds

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100422369C (zh) * 2006-12-13 2008-10-01 北京航空航天大学 Ti改性NiAl-Cr(Mo)多相共晶结构金属间化合物
CN104073688A (zh) * 2014-06-19 2014-10-01 湖南科技大学 一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金作为碱腐蚀工况下自润滑耐磨材料的应用
CN104073688B (zh) * 2014-06-19 2016-08-17 湖南科技大学 一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金作为碱腐蚀工况下自润滑耐磨材料的应用
CN104294328A (zh) * 2014-10-23 2015-01-21 上海应用技术学院 一种镍钼铝稀土镀层及其制备方法
CN104294328B (zh) * 2014-10-23 2017-02-01 上海应用技术学院 一种镍钼铝稀土镀层及其制备方法
CN115595486A (zh) * 2022-10-14 2023-01-13 中国科学院金属研究所(Cn) 一种高温涡轮叶片叶尖耐磨切削涂层及其制备方法和应用
CN115595486B (zh) * 2022-10-14 2024-03-22 中国科学院金属研究所 一种高温涡轮叶片叶尖耐磨切削涂层及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
KR970703438A (ko) 1997-07-03
CN1044493C (zh) 1999-08-04
WO1995032314A1 (de) 1995-11-30
DE4417936C1 (de) 1995-12-07
JPH10500453A (ja) 1998-01-13
EP0760869A1 (de) 1997-03-12
KR100359187B1 (ko) 2003-01-24
DE59509221D1 (de) 2001-05-31
EP0760869B1 (de) 2001-04-25
RU2148671C1 (ru) 2000-05-10
CZ342696A3 (en) 1997-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4467637B2 (ja) チタンアルミニウムを基礎とした合金
JP5926886B2 (ja) ガスタービン構成部品のための材料、ガスタービン構成部品の製造方法、及びガスタービン構成部品
CN105579594B (zh) 基于铁的合金、其制备方法及其用途
CN107190178B (zh) 一种钛基复合材料及其制备方法
SE520617C2 (sv) Ferritiskt rostfritt stål, folie tillverkad av stålet, användning av stålet och folien, samt metod för att framställa stålet
TWI452149B (zh) 高耐熱性、高強度銠基合金及其製造方法
CN1150826A (zh) 金属间的镍-铝基合金
Povarova et al. Preparation, structure, and properties of Ni3Al and NiAl light powder alloys for aerospace
KR20200094155A (ko) Ni-Cr-Co-Mo-Ti-Al 합금의 개선된 연성을 위한 열처리
KR20190109008A (ko) 자가 치유 특성을 가지는 변태 유기 소성 초합금 및 그 제조 방법
US5935349A (en) Intermetallic nickel-aluminum base alloy and material formed of the alloy
JPH0832934B2 (ja) 金属間化合物の製法
JP2634103B2 (ja) 高温用軸受合金およびその製造方法
JPS61291950A (ja) 耐摩耗性焼結合金
KR20020093803A (ko) 철계 고온 합금
JPS61106742A (ja) アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる材料組成物およびその製造法
JP2001140030A (ja) 高温用耐酸化性合金材料及びその製造方法
JP2852414B2 (ja) 粒子強化型チタン基複合材料とその製造方法
EP3653322A1 (en) Sintered materials of austenite steel powder and turbine members
CN113862583A (zh) 一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢
JPH06306508A (ja) 低異方性、高疲労強度チタン基複合材の製造方法
KR102718350B1 (ko) NbSi 합금의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 NbSi 합금
JPH06502688A (ja) Ni−Ti−Al合金
Frank The long-term thermal stability of thermo-span alloy
JP2741256B2 (ja) 低熱膨張焼結合金及びその製造方法並びに圧縮装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: SIEMENS AG

Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS AG; STARK CO.,LTD.

Effective date: 20030314

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20030314

Patentee after: Siemens AG

Patentee before: Siemens AG

Patentee before: Starc company

C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee