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成分和性能
鐵基高溫合金管中的鎳是形成和穩(wěn)定奧氏體的主要元素,并在時效處理過程中形成Ni3(Ti、Al)沉淀強化相。鉻主要用來提高抗氧化性、抗燃氣腐蝕性。鉬、鎢用來強化固溶體。鋁、鈦、鈮用于沉淀強化。碳、硼、鋯等元素則用于強化晶界。鐵基高溫合金按制造工藝可分為變形高溫合金和鑄造高溫合金,按強化方式可分為加工硬化型、固溶強化型和沉淀強化型高溫合金(見金屬的強化)。一些典型的鐵基高溫合金的成分和性能見表。組織 鐵基高溫合金的基體為奧氏體,主要的沉淀強化相有γ"【Ni3(Ti、Al)】和γ"(Ni3Nb)相兩類。此外,還有微量碳化物、硼化物、Laves(如Fe2Mo)相和δ相等。與鎳基高溫合金組織相比,鐵基合金中相組織較復雜,穩(wěn)定性較差,容易析出η(如Ni3Ti)、σ(如FexCry)、G(如Fe6Ni16Si7)、μ(如Fe7Mo6)和Laves等有害相(見合金相)。幾種典型合金的組織見。
合金的熱處理
合金的熱處理主要是固溶處理和時效處理,以獲得合適的晶粒度,分布合理和大小適宜的強化相,有利的晶界狀態(tài),使合金具有良好的綜合性能。例如,用于制造渦 件的材料,晶粒度一般在4~5級;γ"相大小約為100~500┱,均勻分布于基體;晶界有分布均勻的球化了的析出相(如碳化物、Laves相等)。
高溫合金管具有不同的熱處理制度,以控制晶粒度、控制δ相形貌、分布和數(shù)量,從而獲得不同級別的力學性能。合金熱處理制度分3類:Ⅰ:(1010~1065)℃±10℃,1h,油冷、空冷或水冷+720℃±5℃,8h,以50℃/h 爐冷至620℃±5℃,8h,空冷。經(jīng)此制度處理的材料晶粒粗化,晶界和晶內均無δ相,存在缺口敏感性,但對提高沖擊性能和抵抗低溫氫脆有利。
Ⅱ:(950~980)℃±10℃,1h,油冷、空冷或水冷+720℃±5℃,8h,以50℃/h 爐冷至620℃±5℃,
8h,空冷。經(jīng)此制度處理的材料有δ相,有利于缺口敏感性,是常用的熱處理制度,也稱為標準熱處理制度。
Ⅲ:720℃±5℃,8h,以50℃/h爐冷至620℃±5℃,8h,空冷。經(jīng)此制度處理后,材料中的δ相較少,能提高材料的強度和沖擊性能。該制度也稱為直接時效熱處理制度。
熔煉和鑄造工藝
高溫合金的冶煉工藝分為3類:真空感應加電渣重熔;真空感應加真空電弧重熔;真空感應加電渣重熔加真空電弧重熔??筛鶕?jù)零件的使用要求,選
擇所需的冶煉工藝,滿足應用要求。
高溫合金管分類:常用的高溫合金有鐵基、鎳基和鈷基3種。
鐵基超耐熱合金,鐵基高溫合金管是奧氏體不銹鋼發(fā)展起來的,含有一定量的鉻和鎳等元素。它是中等溫度(600~800℃)條件下使用的重要材料,具有校核的中溫力學性能和良好的熱加工塑性,合金成分比較簡單,成本較低。主要用于制作航空發(fā)動機和工業(yè)燃氣輪機上渦 ,也可以制作導向葉片、渦輪葉片、燃燒室,以及其他承力件、緊固件燈。另一用途是制作柴油機上的廢氣增壓渦輪。
鎳基超耐熱合金,以鎳為基體(含量一般大于50%)、在650~1000℃范圍內具有較的強度和良好的抗氧化性、抗燃氣腐蝕能力的高溫合金。
鎳基合金是高溫合金中應用廣、高溫強度的一類合金。其主要原因,一是鎳基合金中可以溶解較多的合金元素,且能保持較好的穩(wěn)定性;二是可以形成共格有序的A3B型金屬間化合物γ’-[Ni(Al,Ti)]相作為強化相,使合金的得到有效的強化,獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強度;三是很含鉻的鎳基合金具有比鐵基高溫合金更好的抗氧化和抗燃氣腐蝕能力。
鈷基合金一般含鎳10%~22%,鉻20%~30%以及鎢、鉬、鉭和鈮等固溶強化和碳化物形成元素,含碳量很高,是一類以碳化物為主要強化相的高溫合金。鈷基合金的耐熱能力與固溶強化元素和碳化物形成元素含量多少有關。
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