鎳基高溫合金概述:
鎳基高溫合金是以γ′相沉淀硬化,具有良好的耐燃?xì)飧g能力、較高的屈服強(qiáng)度和疲勞性能,工藝塑性良好,組織穩(wěn)定。該合金廣泛用于航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動部件,使用溫度不815℃??梢陨a(chǎn)冷軋和熱軋板材、管材、帶材、絲材和鍛件、鑄件、緊固件。熱處理制度:1080℃±10℃,4h,空冷+840℃,24h,空冷+760℃,16h,空冷。
高溫合金組織結(jié)構(gòu):
1、相變溫度:合金中γ′相的溶解溫度為980~1050℃,開始從基體中析出溫度為630℃,析出峰值溫度為800℃。合金中M23C6碳化物相的開始析出溫度為700℃,完全溶解溫度為1020℃。
2、合金組織結(jié)構(gòu):
經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后,除奧氏體基體外,該合金經(jīng)650℃和730℃長期時效至3000h,γ′相的數(shù)量變化不明顯,分別約有3%和1%左右的補(bǔ)充析出,γ′相大小分別從146nm長大至196nm和177nm。碳化物MC向M23C6轉(zhuǎn)化,碳化物總量略有增加,從時效前占基體總量的0.5%增加到0.76%和0.78%。在長期時效過程中無新相析出,組織穩(wěn)定。
工藝性能與要求:
1、固溶處理溫度范圍是1160℃~1190℃,好在1175℃左右。
為得到大的蠕變強(qiáng)度,建議冷卻方式為水淬。對于厚度小于1.5mm 的材料,也可采用快速空冷。去應(yīng)力退火溫度為高870℃。在熱處理過程中,保持工件清潔。
2、去氧化皮的表面氧化物和焊縫周圍的焊渣的附著性比不銹鋼更強(qiáng),推薦使用細(xì)晶砂帶或細(xì)晶砂輪進(jìn)行打磨。
3在用HNO3/HF 混合酸進(jìn)行酸洗前噴砂或打磨將氧化膜打碎。
渦輪盤是航空發(fā)動機(jī)上一個十分重要的關(guān)鍵零件。渦輪盤工作溫度雖然比葉片低,但工作環(huán)境異常復(fù)雜,且在輪心、輪緣、榫齒、槽底和腹板等各部位所受應(yīng)力、溫度、介質(zhì)作用程度都不同。因此,對渦輪盤材料性能提出如下典型要求:高的屈服強(qiáng)度;足夠的塑性儲備;足夠的蠕變、持久強(qiáng)度和塑性;高的疲勞強(qiáng)度和低周疲勞性能;良好的耐腐蝕性、組織穩(wěn)定性與可加工性。一句話,材料的綜合性能要好。
低膨脹高溫合金的特點(diǎn)是綜合性能好、強(qiáng)度較高、膨脹系數(shù)低、彈性模量幾乎恒定,在約380℃(居里點(diǎn))以下至室溫,合金熱膨脹系數(shù)幾乎為常量。因此,采用低膨脹高溫合金制備的壓氣機(jī)匣在飛機(jī)巡航飛行時,有利于間隙的封嚴(yán),提高壓氣效率,加大推力。我國研制的低膨脹高溫合金主要有GH2907、GH2909、GH4783等。我國新研制的GH4783是一種抗氧化新型低膨脹高溫合金,膨脹系數(shù)比GH4169合金低20%,密度比GH4169低20%,只有7.789/cm3,工作溫度可達(dá)750℃。對應(yīng)的美國牌號的Inconel783合金已被用作F-22戰(zhàn)斗機(jī)用發(fā)動機(jī)F119-PW的各種環(huán)形件。
我國應(yīng)用的板材變形合金主要有20多個牌號。它們的共同特點(diǎn)是塑性好,具有中等強(qiáng)度,焊接性能,還有較好的抗氧化和抗腐蝕性能。主要用于制作發(fā)動機(jī)動力裝置的燃燒室、加力燃燒室、飛機(jī)機(jī)尾罩、導(dǎo)流罩、襯筒和衛(wèi)星毛細(xì)管等。航空發(fā)動機(jī)燃燒室零件大多采用固溶強(qiáng)化合金制造。近期,發(fā)動機(jī)生產(chǎn)中為了減輕結(jié)構(gòu)重量,采用時效強(qiáng)化的板材合金來制造燃燒室零件,取得了良好效果。采用時效強(qiáng)化的變形高溫合金制造加力燃燒室殼體,可大幅度減輕發(fā)動機(jī)重量,但其成形和焊接比固溶強(qiáng)化合金要困難。
此外,在航空發(fā)動機(jī)中,變形高溫合金還用于制備渦輪軸、渦輪葉片等。隨著航空發(fā)動機(jī)推重比的進(jìn)一步提高,燃燒室入口溫度和出口溫度大幅提高,采用耐更高溫度的新合金材料。需求牽引。因此,變形高溫合金加大研究力度,進(jìn)一步提,滿足我國航空發(fā)動機(jī)的研制需要。
基于上述性能特點(diǎn),且高溫合金的合金化程度較高,又被稱為“超合金”,是廣泛應(yīng)用于航空、航天、石油、化工、艦船的一種重要材料。按基體元素來分,高溫合金又分為鐵基、鎳基、鈷基等高溫合金。鐵基高溫合金使用溫度一般只能達(dá)到750~780℃,對于在更高溫度下使用的耐熱部件,則采用鎳基和難熔金屬為基的合金。 鎳基高溫合金在整個高溫合金領(lǐng)域占有特殊重要的地位,它廣泛地用來制造航空噴氣發(fā)動機(jī)、各種工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件。
此外,美國還研制出Inconel鎳基合金,用以制作噴氣發(fā)動機(jī)的燃燒室。以后,冶金學(xué)家為進(jìn)一步提高合金的高溫強(qiáng)度,在鎳基合金中加入鎢、鉬、鈷等元素,增加鋁、鈦含量,研制出一系列牌號的合金,如英國的“Nimonic”,美國的“Mar-M”和“IN”等;在鈷基合金中,加入鎳、鎢等元素,發(fā)展出多種高溫合金,如X-45、HA-188、FSX-414等。由于鈷資源缺乏,鈷基高溫合金發(fā)展受到限制。