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CN114645159B - 一种高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金及制备方法 - Google Patents

一种高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金及制备方法 Download PDF

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CN114645159B CN202210209651.6A CN202210209651A CN114645159B CN 114645159 B CN114645159 B CN 114645159B CN 202210209651 A CN202210209651 A CN 202210209651A CN 114645159 B CN114645159 B CN 114645159B
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Abstract

本发明公开一种高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金及制备方法，属于金属材料的技术领域。所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的化学组分组成：W：5‑50wt.％，Co：10‑20wt.％，Cr：1‑10wt.％，氧含量控制在15ppm以内，余量为Ni以及不可避免的杂质。所述制备方法包括原料准备阶段、真空熔炼阶段、真空精炼阶段、脱氧脱硫阶段。本发明通过成分和制备方法的选择，制备的高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金在1000‑1200℃下的压缩屈服强度为350‑550MPa，合金在高温下100h的氧化增量达到抗氧化级，接近完全抗氧化级。适用于热模拟试验机的压头、疲劳试验机的拉杆、霍普金森拉压杆、高温拉伸试验夹具等。

Description

一种高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金及制备方法
技术领域
本发明属于金属材料的技术领域，涉及一种高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金及制备方法。
背景技术
热模拟试验机是将模拟试样当成电阻直接通电加热，与模拟试样接触的热模拟试验机的压头可以视为两个加热电极，模拟试样作为加热电阻。由于模拟试样与作为加热电极的压头直接接触，在试样被加热的同时压头也被加热到一定的温度。因此，要求压头具有良好的导电性，高温强度、硬度以及抗氧化等性能。目前，热模拟试验机的压头材质多采用以钨为基底的合金系材料，如采用以碳化钨为主的材料制成的压头。碳化钨材料制成的压头虽然具有较高的强度和硬度，但其塑性差，导致其可加工性能差，且用该材料制造压头，制造成本高，且制造工艺也较复杂。此外，碳化钨材料制造的压头，在高温状态或高温变形条件下易于与模拟试样发生粘连，大大缩短了其使用寿命，同时也延误了生产周期。
特别是现有技术中的热力模拟试验机用压头的材料选择并非只有以C化钨为主的材料制成的压头，还有以FeCrNi系高温高强钢为主、抗氧化镍基合金为主、以及其他高温高强钢或合金为主的材料制成的压头。
例如：中国专利CN 103752746 A公开了一种热力模拟试验机用压头的制造方法，其中的所述坯料材质为FeCrNi系高温高强钢，显然并不存在需要克服的C化钨材料制成的压头的技术问题。
而中国专利CN 110607470 A公开了一种高温镍基合金，该合金的成分组成与百分含量(wt.％)为：C 0.2-0.5％，Cr 26-28％，Nb 0.5-1.5％，W 3-5％，Ti 2-4％，Al 1-3％，B0.005-0.012％，Si 0.1-0.5％，Zr 0.01-0.1％，Fe 0-5％，RE 0.01-0.1％，其余为Ni。显然其中的成分选择中W含量较低，Cr含量较高，不仅成本较高，而且获得的性能要求并未关注1000-1200℃下的高温压缩屈服强度，尤其是35MPa应力下的持久寿命更是证明了这一点。其抗氧化性能是通过氧化损伤深度来评判，通过GB/T13303-91中的公式A1，可以换算得到实施例1-6所制备材料的氧化速度都远高于3.0g/m2·h，属于弱抗氧化性。
CN 113604705 A公开了一种高温镍基合金HRED6及其制备方法，，所述高温镍基合金HRED6包括以下重量份的组分：镍48.0-50.0％，铬27.0-30.0％，钨4.0-6.0％，硅1.2-2.0％，铌1.2-1.8％，0.40-0.45％，锰0.5-1.5％，钴＜0.5％，氮≤0.05％，磷＜0.035％，硫＜0.03％。显然其中的成分选择中钨含量较低，铬含量较高，不仅成本较高，而且虽然合金高温下的力学性能较好，但合金的变形抗力大，加工困难，用于制备压头合金生产周期长，生产成本高，缺乏实用性；另外抗氧化性能并未关注。
CN 113005333 A公开了一种超高温镍基合金及其制备方法，其中的铬含量较高，稀土元素含量较高，成本较大，且900℃下的抗拉强度最高也只能达到153MPa，其屈服强度相应的远低于350MPa的热模拟试验机的压头材质对屈服强度的需求。
上述这些材料的成分和制备方式选择对高温、高强度、抗氧化性能的影响是本申请所不需要的，不适合作为热模拟试验机的压头材料。
而发明人研究发现：
W作为合金元素加入到镍基合金中，明显降低γ基体层错能，层错能降低可有效改善高温合金的蠕变性能。W原子在合金基体中要引起晶格明显膨胀，形成较大的长程应力场，阻止位错运动，使合金屈服强度明显提高。
Co作为合金元素加入到镍基合金中，可以降低基体的堆垛层错能。层错能低，形成层错就容易，层错出现的几率也高，层错的宽度加宽，使交滑移更加困难，表现为强度的提高，引起固溶强化。层错能的降低也使蠕变速率降低，蠕变抗力增加。
Cr在镍基合金γ基体中一种十分重要的作用是形成Cr2O3型氧化膜，使合金零件具有良好的抗氧化和抗腐蚀性能。
微量的稀土元素La可以降低Cr3+的扩散激活能，增大Cr3+的扩散系数，促进Cr2O3快速形成，提高合金的抗氧化能力。
正是在上述研究发现的基础上，本发明提供一种低成本的高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金及制备方法，并将其用于制备热模拟试验机压头，也可以用于疲劳试验机的拉杆、霍普金森拉压杆、高温拉伸试验夹具等高温用零部件的制备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是热模拟试验机的压头材质成分选择和如何低成本制备高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金，特别是所制备的高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金需要满足在室温下的屈服强度为900-1200MPa，1000-1200℃下的高温压缩屈服强度为350-550MPa，所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金在高温下100h的氧化增量达到抗氧化级，接近完全抗氧化级。
本发明提供如下技术方案：
一种高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金，所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的化学成分按质量百分比例为：W：5-50wt.％，Co：10-20wt.％，Cr：1-10wt.％，氧含量控制在15ppm以内，余量为Ni以及不可避免的杂质。
优选地，所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的组织结构为γ相单相合金。
优选地，所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的性能：在室温下的屈服强度为900-1200MPa，1000-1200℃下的高温压缩屈服强度为350-550MPa，所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金在高温下100h的氧化增量达到抗氧化级，接近完全抗氧化级。
所述的高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1、原料准备阶段
按照所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金中原料化学成分质量百分比进行配料并称量，获得配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C；
S2、真空熔炼阶段
将步骤S1中配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C加入真空感应炉中的坩埚中，通过开启真空系统调控真空度并进行熔炼得到一次熔液；
S3、真空精炼阶段
将步骤S2中真空熔炼阶段后的熔液通过真空系统降低真空度和添加脱氧剂C进行精炼得到二次熔液；
S4、脱氧脱硫阶段
经过步骤S3的真空精炼阶段后，关闭真空系统，充入高纯氩气；加入稀土元素La和脱氧剂Mg进行电磁搅拌进行脱氧脱硫，调整钢液温度后进行钢锭浇注得到高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金铸锭。
优选地，所述步骤S1中，脱氧剂C的用量为镍钨钴铬合金质量的0.03-0.10wt.％。
优选地，所述步骤S1中，进行熔炼所使用的坩埚为MgO坩埚，Mg元素的加入有利于CO的生成与排除，降低合金中的含C量。
优选地，所述步骤S2中的真空度为1-5Pa，熔炼温度为1580-1680℃，熔炼时间为直至原料全部熔化，该熔炼温度有助于C-O反应的进行，降低合金熔体中的氧含量脱氧剂C的加入量为总加入量的一半。
优选地，所述步骤S3中的真空度为1-2Pa，精炼温度为1500-1600℃，精炼时间为20-90min，脱氧剂C的加入量为总加入量的一半。
上述中脱氧剂C分两次加入有助于C-O反应充分进行，降低合金熔体中的氧含量。
上述中采用1580-1680℃高温熔炼直至原料全部熔化、低温1500-1600℃精炼可以提高脱氧的效率，避免坩埚材料高温分解对熔池氧含量的影响。
优选地，所述步骤S4中充入高纯氩气的压强为10000-25000Pa。
优选地，所述步骤S4中稀土元素La的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.005-0.045wt.％，脱氧剂Mg的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.03-0.15wt.％；精炼过程中加入稀土元素La和脱氧剂Mg并进行电磁搅拌，可以进一步降低合金中的O、S含量；特别是稀土元素La的加入可以促进Cr2O3膜的形成，提高合金的抗氧化性。
优选地，所述步骤S4中的浇注温度为钢液温度1480-1560℃。
优选地，所述的镍钨钴铬合金可以用于制备热模拟试验机压头、疲劳试验机的拉杆、霍普金森拉压杆、高温拉伸试验夹具等高温工件。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
上述方案中，本发明所提供的一种高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金具有良好的力学性能，室温下的屈服强度为900-1200MPa，1000-1200℃下的高温压缩屈服强度为350-550MPa，适合应用于热模拟试验机的压头、疲劳试验机的拉杆、霍普金森拉压杆、高温拉伸试验夹具等高温用零部件的制备。
本发明中高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的制备方法需要将合金中的氧含量控制在15ppm以内，以抑制孔洞及氧化物夹杂形成，提高合金的高温屈服强度不过高也不过低，适合应用于热模拟试验机的压头、疲劳试验机的拉杆、霍普金森拉压杆、高温拉伸试验夹具等高温用零部件的制备。
本发明所制备的镍钨钴铬合金具有良好的耐高温氧化性，使合金在高温下100h的氧化增量达到抗氧化级，接近完全抗氧化级，在保持高温屈服强度的情况下，通过测量一定高温下氧化一定时间单位面积氧化增重来表征材料的抗氧化性能，适合应用于热模拟试验机的压头、疲劳试验机的拉杆、霍普金森拉压杆、高温拉伸试验夹具等高温用零部件的制备。
本发明中使用稀土元素La作为脱氧剂，La化学性质活泼，还是强脱硫剂，能够达到净化合金的目的，La与O、S发生反应形成大量弥散分布的La2O3和La2O2S颗粒，又可以作为非均匀形核的核心，从而细化了合金晶粒，提高了屈服强度和抗氧化性能，适合应用于热模拟试验机的压头、疲劳试验机的拉杆、霍普金森拉压杆、高温拉伸试验夹具等高温用零部件的制备。
总之，由于传统C化钨压头合金中的WC含量在75％以上，故而本发明所制备的压头等合金在保证较高高温强度的同时降低了合金中的W含量，从而降低了生产成本，提高了加工效率的成材率，利于工业大规模推广和使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为应用本发明所制备的高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金加工而成的热模拟试验机用压头结构示意图；
图2是本发明实施例1-3所制备的高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金1000℃氧化100h单位面积氧化增重曲线图；
图3是本发明实施例4-7所制备的高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金1000℃氧化100h单位面积氧化增重曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案和解决的技术问题进行阐述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明专利的一部分实施例，而不是全部实施例。
实施例1
一种高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的制备方法，所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的化学成分按质量百分比例为：W：36wt.％，Co：15wt.％，Cr：10wt.％，氧含量控制在15ppm以内，余量为Ni以及不可避免的杂质。
所述制备方法包括如下步骤：
S1、原料准备阶段
按照所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金中原料化学成分质量百分比进行配料并称量，脱氧剂C的用量为镍钨钴铬合金质量的0.06wt.％，获得配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C；
S2、真空熔炼阶段
将步骤S1中配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C加入真空感应炉中的坩埚中，脱氧剂C的加入量为总加入量的一半，通过开启真空系统调控真空度并进行熔炼得到一次熔液；其中：真空度为3Pa，熔炼温度为1620℃，熔炼时间为直至原料全部熔化；
S3、真空精炼阶段
将步骤S2中真空熔炼阶段后的熔液通过真空系统降低真空度和添加脱氧剂C进行精炼得到二次熔液，脱氧剂C的加入量为总加入量的一半；其中：真空度为1.5Pa，精炼温度为1550℃，精炼时间为54min；
S4、脱氧脱硫阶段
经过步骤S3的真空精炼阶段后，关闭真空系统，充入高纯氩气，充入高纯氩气的压强为15000Pa；加入稀土元素La和脱氧剂Mg进行电磁搅拌进行脱氧脱硫，稀土元素La的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.018wt.％，脱氧剂Mg的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.06wt.％，调整钢液温度1530℃后进行钢锭浇注得到高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金铸锭。之后将高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金铸锭加工成所需的热模拟试验机的压头，其结构形貌如图1所示。
本实验例得到的镍钨钴铬合金在不同温度下的屈服强度如表1所示：
表1不同温度下的屈服强度
温度℃ 室温 1000℃ 1100℃ 1200℃
屈服强度MPa 1043 513 432 382
实施例2
一种高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的制备方法，所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的化学成分按质量百分比例为：W：40wt.％，Co：18wt.％，Cr：8wt.％，氧含量控制在15ppm以内，余量为Ni以及不可避免的杂质。
所述制备方法包括如下步骤：
S1、原料准备阶段
按照所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金中原料化学成分质量百分比进行配料并称量，脱氧剂C的用量为镍钨钴铬合金质量的0.07wt.％，获得配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C；
S2、真空熔炼阶段
将步骤S1中配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C加入真空感应炉中的坩埚中，脱氧剂C的加入量为总加入量的一半，通过开启真空系统调控真空度并进行熔炼得到一次熔液；其中：真空度为2Pa，熔炼温度为1650℃，熔炼时间为直至原料全部熔化；
S3、真空精炼阶段
将步骤S2中真空熔炼阶段后的熔液通过真空系统降低真空度和添加脱氧剂C进行精炼得到二次熔液，脱氧剂C的加入量为总加入量的一半；其中：真空度为1.2Pa，精炼温度为1580℃，精炼时间为65min；
S4、脱氧脱硫阶段
经过步骤S3的真空精炼阶段后，关闭真空系统，充入高纯氩气，充入高纯氩气的压强为20000Pa；加入稀土元素La和脱氧剂Mg进行电磁搅拌进行脱氧脱硫，稀土元素La的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.01wt.％，脱氧剂Mg的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.07wt.％，调整钢液温度1540℃后进行钢锭浇注得到高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金铸锭。之后将高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金铸锭加工成所需的热模拟试验机的压头。
本实验例得到的镍钨钴铬合金在不同温度下的屈服强度如表2所示：
表2不同温度下的屈服强度
温度℃ 室温 1000℃ 1100℃ 1200℃
屈服强度MPa 1074 543 501 450
实施例3
一种高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的制备方法，所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的化学成分按质量百分比例为：W：38wt.％，Co：20wt.％，Cr：6wt.％，氧含量控制在15ppm以内，余量为Ni以及不可避免的杂质。
所述制备方法包括如下步骤：
S1、原料准备阶段
按照所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金中原料化学成分质量百分比进行配料并称量，脱氧剂C的用量为镍钨钴铬合金质量的0.065％，获得配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C；
S2、真空熔炼阶段
将步骤S1中配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C加入真空感应炉中的坩埚中，脱氧剂C的加入量为总加入量的一半，通过开启真空系统调控真空度并进行熔炼得到一次熔液；其中：真空度为4Pa，熔炼温度为1630℃，熔炼时间为直至原料全部熔化；
S3、真空精炼阶段
将步骤S2中真空熔炼阶段后的熔液通过真空系统降低真空度和添加脱氧剂C进行精炼得到二次熔液，脱氧剂C的加入量为总加入量的一半；其中：真空度为1.5Pa，精炼温度为1580℃，精炼时间为60min；
S4、脱氧脱硫阶段
经过步骤S3的真空精炼阶段后，关闭真空系统，充入高纯氩气，充入高纯氩气的压强为18000Pa；加入稀土元素La和脱氧剂Mg进行电磁搅拌进行脱氧脱硫，稀土元素La的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.015wt.％，脱氧剂Mg的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.08wt.％，调整钢液温度1535℃后进行钢锭浇注得到高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金铸锭。之后将高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金铸锭加工成所需的热模拟试验机的压头。
本实验例得到的镍钨钴铬合金铸锭在不同温度下的屈服强度如表3所示：
表3不同温度下的屈服强度
温度℃ 室温 1000℃ 1100℃ 1200℃
屈服强度MPa 1117 567 512 476
实施例4
一种高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的制备方法，所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的化学成分按质量百分比例为：W：25wt.％，Co：15wt.％，Cr：5wt.％，氧含量控制在15ppm以内，余量为Ni以及不可避免的杂质。
所述制备方法包括如下步骤：
S1、原料准备阶段
按照所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金中原料化学成分质量百分比进行配料并称量，脱氧剂C的用量为镍钨钴铬合金质量的0.03wt.％，获得配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C；
S2、真空熔炼阶段
将步骤S1中配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C加入真空感应炉中的坩埚中，脱氧剂C的加入量为总加入量的一半，通过开启真空系统调控真空度并进行熔炼得到一次熔液；其中：真空度为2Pa，熔炼温度为1580℃，熔炼时间为直至原料全部熔化；
S3、真空精炼阶段
将步骤S2中真空熔炼阶段后的熔液通过真空系统降低真空度和添加脱氧剂C进行精炼得到二次熔液，脱氧剂C的加入量为总加入量的一半；其中：真空度为1.3Pa，精炼温度为1500℃，精炼时间为35min；
S4、脱氧脱硫阶段
经过步骤S3的真空精炼阶段后，关闭真空系统，充入高纯氩气，充入高纯氩气的压强为22000Pa；加入稀土元素La和脱氧剂Mg进行电磁搅拌进行脱氧脱硫，稀土元素La的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.01wt.％，脱氧剂Mg的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.03wt.％，调整钢液温度1480℃后进行钢锭浇注得到高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金铸锭。之后将高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金铸锭加工成所需的疲劳试验机的拉杆。
本实验例得到的镍钨钴铬合金铸锭在不同温度下的屈服强度如表4所示：
表4不同温度下的屈服强度
温度℃ 室温 1000℃ 1100℃ 1200℃
屈服强度MPa 978 478 383 341
实施例5
一种高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的制备方法，所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的化学成分按质量百分比例为：W：32wt.％，Co：12wt.％，Cr：7wt.％，氧含量控制在15ppm以内，余量为Ni以及不可避免的杂质。
所述制备方法包括如下步骤：
S1、原料准备阶段
按照所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金中原料化学成分质量百分比进行配料并称量，脱氧剂C的用量为镍钨钴铬合金质量的0.057％，获得配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C；
S2、真空熔炼阶段
将步骤S1中配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C加入真空感应炉中的坩埚中，脱氧剂C的加入量为总加入量的一半，通过开启真空系统调控真空度并进行熔炼得到一次熔液；其中：真空度为3Pa，熔炼温度为1600℃，熔炼时间为直至原料全部熔化；
S3、真空精炼阶段
将步骤S2中真空熔炼阶段后的熔液通过真空系统降低真空度和添加脱氧剂C进行精炼得到二次熔液，脱氧剂C的加入量为总加入量的一半；其中：真空度为1.5Pa，精炼温度为1530℃，精炼时间为42min；
S4、脱氧脱硫阶段
经过步骤S3的真空精炼阶段后，关闭真空系统，充入高纯氩气，充入高纯氩气的压强为15000Pa；加入稀土元素La和脱氧剂Mg进行电磁搅拌进行脱氧脱硫，稀土元素La的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.01wt.％，脱氧剂Mg的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.046wt.％，调整钢液温度1500℃后进行钢锭浇注得到高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金铸锭。之后将高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金铸锭加工成所需的高温拉伸试验夹具。
本实验例得到的镍钨钴铬合金铸锭在不同温度下的屈服强度如表5所示：
表5不同温度下的屈服强度
温度℃ 室温 1000℃ 1100℃ 1200℃
屈服强度MPa 996 487 398 366
实施例6
一种高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的制备方法，所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的化学成分按质量百分比例为：W：45wt.％，Co：10wt.％，Cr：6wt.％，氧含量控制在15ppm以内，余量为Ni以及不可避免的杂质。
所述制备方法包括如下步骤：
S1、原料准备阶段
按照所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金中原料化学成分质量百分比进行配料并称量，脱氧剂C的用量为镍钨钴铬合金质量的0.10wt.％，获得配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C；
S2、真空熔炼阶段
将步骤S1中配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C加入真空感应炉中的坩埚中，脱氧剂C的加入量为总加入量的一半，通过开启真空系统调控真空度并进行熔炼得到一次熔液；其中：真空度为3Pa，熔炼温度为1645℃，熔炼时间为直至原料全部熔化；
S3、真空精炼阶段
将步骤S2中真空熔炼阶段后的熔液通过真空系统降低真空度和添加脱氧剂C进行精炼得到二次熔液，脱氧剂C的加入量为总加入量的一半；其中：真空度为1.6Pa，精炼温度为1580℃，精炼时间为60min；
S4、脱氧脱硫阶段
经过步骤S3的真空精炼阶段后，关闭真空系统，充入高纯氩气，充入高纯氩气的压强为23000Pa；加入稀土元素La和脱氧剂Mg进行电磁搅拌进行脱氧脱硫，稀土元素La的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.02wt.％，脱氧剂Mg的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.13wt.％，调整钢液温度1550℃后进行钢锭浇注得到高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金铸锭。之后将高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金铸锭加工成所需的霍普金森拉压杆。
本实验例得到的镍钨钴铬合金铸锭在不同温度下的屈服强度如表6所示：
表6不同温度下的屈服强度
温度℃ 室温 1000℃ 1100℃ 1200℃
屈服强度MPa 1189 598 550 496
实施例7
一种高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的制备方法，所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的化学成分按质量百分比例为：W：35wt.％，Co：20wt.％，Cr：8wt.％，氧含量控制在15ppm以内，余量为Ni以及不可避免的杂质。
所述制备方法包括如下步骤：
S1、原料准备阶段
按照所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金中原料化学成分质量百分比进行配料并称量，脱氧剂C的用量为镍钨钴铬合金质量的0.062wt.％，获得配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C；
S2、真空熔炼阶段
将步骤S1中配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C加入真空感应炉中的坩埚中，脱氧剂C的加入量为总加入量的一半，通过开启真空系统调控真空度并进行熔炼得到一次熔液；其中：真空度为4Pa，熔炼温度为1615℃，熔炼时间为直至原料全部熔化；
S3、真空精炼阶段
将步骤S2中真空熔炼阶段后的熔液通过真空系统降低真空度和添加脱氧剂C进行精炼得到二次熔液，脱氧剂C的加入量为总加入量的一半；其中：真空度为1.4Pa，精炼温度为1540℃，精炼时间为48min；
S4、脱氧脱硫阶段
经过步骤S3的真空精炼阶段后，关闭真空系统，充入高纯氩气，充入高纯氩气的压强为16000Pa；加入稀土元素La和脱氧剂Mg进行电磁搅拌进行脱氧脱硫，稀土元素La的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.015wt.％，脱氧剂Mg的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.082wt.％，调整钢液温度1500℃后进行钢锭浇注得到高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金铸锭。之后将高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金铸锭加工成所需的疲劳试验机的拉杆。
本实验例得到的镍钨钴铬合金铸锭在不同温度下的屈服强度如表7所示：
表7不同温度下的屈服强度
温度℃ 室温 1000℃ 1100℃ 1200℃
屈服强度MPa 1103 574 523 471
性能检测：
对上述实施例1-3所得的三组镍钨钴铬合金在1000℃下进行100h抗氧化性实验，结果如表8和图2所示。
表8 1000℃下合金100h抗氧化性检测结果
对比例 平均氧化速度g/m<sup>2</sup>·h 抗氧化性能评定
实验例1 0.23 抗氧化
实验例2 0.55 抗氧化
实验例3 1.18 次抗氧化
根据表1-3中和8实验例1-3所得实验结果可知，本发明所制备的合金在室温下的屈服强度为1000-1200MPa，1000-1200℃下的高温压缩屈服强度为350-550MPa，在高温下具有良好的力学性能，Cr元素的加入提高了合金在高温下的抗氧化性能，1000℃下合金100h的抗氧化性实验表明合金加入10wt.％的Cr后抗氧化性能评定达到抗氧化级，接近完全抗氧化级。
对上述实施例4-7所得的四组镍钨钴铬合金在1000℃下进行100h抗氧化性实验，结果如表9和图3所示。
表9 1100℃下合金100h抗氧化性检测结果
对比例 平均氧化速度g/m<sup>2</sup>·h 抗氧化性能评定
实验例4 1.31 次抗氧化
实验例5 0.73 抗氧化
实验例6 1.02 次抗氧化
实验例7 0.58 抗氧化
根据表4-7和9中实验例4-7所得实验结果可知，本发明所制备的合金在室温下的屈服强度为1000-1200MPa，1000-1200℃下的高温压缩屈服强度为350-550MPa，在高温下具有良好的力学性能，Cr元素的加入提高了合金在高温下的抗氧化性能，1000℃下合金100h的抗氧化性实验表明合金加入7-8wt.％的Cr后抗氧化性能评定达到抗氧化级，接近完全抗氧化级。
上述方案中，本发明所提供的一种高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金具有良好的力学性能，室温下的屈服强度为900-1200MPa，1000-1200℃下的高温压缩屈服强度为350-550MPa，适合应用于热模拟试验机的压头、疲劳试验机的拉杆、霍普金森拉压杆、高温拉伸试验夹具等高温用零部件的制备。
本发明中高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的制备方法需要将合金中的氧含量控制在15ppm以内，以抑制孔洞及氧化物夹杂形成，提高合金的高温屈服强度不过高也不过低，适合应用于热模拟试验机的压头、疲劳试验机的拉杆、霍普金森拉压杆、高温拉伸试验夹具等高温用零部件的制备。
本发明所制备的镍钨钴铬合金具有良好的耐高温氧化性，使合金在高温下100h的氧化增量达到抗氧化级，接近完全抗氧化级，在保持高温屈服强度的情况下，通过测量一定高温下氧化一定时间单位面积氧化增重来表征材料的抗氧化性能，适合应用于热模拟试验机的压头、疲劳试验机的拉杆、霍普金森拉压杆、高温拉伸试验夹具等高温用零部件的制备。
本发明中使用稀土元素La作为脱氧剂，La化学性质活泼，还是强脱硫剂，能够达到净化合金的目的，La与O、S发生反应形成大量弥散分布的La2O3和La2O2S颗粒，又可以作为非均匀形核的核心，从而细化了合金晶粒，提高了屈服强度和抗氧化性能，适合应用于热模拟试验机的压头、疲劳试验机的拉杆、霍普金森拉压杆、高温拉伸试验夹具等高温用零部件的制备。
总之，由于传统C化钨压头合金中的WC含量在75％以上，故而本发明所制备的压头等合金在保证较高高温强度的同时降低了合金中的W含量，从而降低了生产成本，提高了加工效率的成材率，利于工业大规模推广和使用。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金，其特征在于，所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的化学成分按质量百分比例为：W：5-50wt.%，Co：10-20wt.%，Cr：1-10wt.%，氧含量控制在15ppm以内，余量为Ni以及不可避免的杂质；
所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的组织结构为γ相单相合金；适用于热模拟试验机的压头、疲劳试验机的拉杆、霍普金森拉压杆、高温拉伸试验夹具；
所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的性能：在室温下的屈服强度为900-1200MPa，1000-1200℃下的高温压缩屈服强度为350-550MPa。
2.根据权利要求1所述的高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1、原料准备阶段
按照所述高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金中原料化学成分质量百分比进行配料并称量，获得配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C；
S2、真空熔炼阶段
将步骤S1中配好的镍钨钴铬原料和脱氧剂C加入真空感应炉中的坩埚中，通过开启真空系统调控真空度并进行熔炼得到一次熔液；
S3、真空精炼阶段
将步骤S2中真空熔炼阶段后的熔液通过真空系统降低真空度和添加脱氧剂C进行精炼得到二次熔液；
S4、脱氧脱硫阶段
经过步骤S3的真空精炼阶段后，关闭真空系统，充入高纯氩气；加入稀土元素La和脱氧剂Mg进行电磁搅拌进行脱氧脱硫，调整钢液温度后进行钢锭浇注得到高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金铸锭。
3.根据权利要求2所述的高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，脱氧剂C的用量为镍钨钴铬合金质量的0.03-0.10wt.%。
4.根据权利要求2所述的高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的真空度为1-5Pa，熔炼温度为1580-1680℃，熔炼时间为直至原料全部熔化，脱氧剂C的加入量为总加入量的一半。
5.根据权利要求2所述的高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的真空度为1-2Pa，精炼温度为1500-1600℃，精炼时间为20-90min，脱氧剂C的加入量为总加入量的一半。
6.根据权利要求2所述的高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中充入高纯氩气的压强为10000-25000Pa。
7.根据权利要求2所述的高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中稀土元素La的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.005-0.045wt.%，脱氧剂Mg的加入量为镍钨钴铬合金质量的0.03-0.15wt.%。
8.根据权利要求2所述的高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中的浇注温度为钢液温度1480-1560℃。
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