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變形高溫合金
變形高溫合金是指可以進(jìn)行熱、冷變形加工,工作溫度范圍-253~1320℃,具有良好的力學(xué)性能和綜合的強(qiáng)、韌性指標(biāo),具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能的一類合金。按其熱處理工藝可分為固溶強(qiáng)化型合金和時(shí)效強(qiáng)化型合金。
1、固溶強(qiáng)化型合金
使用溫度范圍為900~1300℃,最高抗氧化溫度達(dá)1320℃。例如GH128合金,室溫拉伸強(qiáng)度為850MPa、屈服強(qiáng)度為350MPa;1000℃拉伸強(qiáng)度為140MPa、延伸率為85%,1000℃、30MPa應(yīng)力的持久壽命為200小時(shí)、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、機(jī)匣等部件。
2、時(shí)效強(qiáng)化型合金
使用溫度為-253~950℃,一般用于制作航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤與葉片等結(jié)構(gòu)件。制作渦輪盤的合金工作溫度為-253~700℃,要求具有良好的高低溫強(qiáng)度和抗疲勞性能。例如:GH4169合金,在650℃的最高屈服強(qiáng)度達(dá)1000MPa;制作葉片的合金溫度可達(dá)950℃,例如:GH220合金,950℃的拉伸強(qiáng)度為490MPa,940℃、200MPa的持久壽命大于40小時(shí)。
變形高溫合金主要為航天、航空、核能、石油民用工業(yè)提供結(jié)構(gòu)鍛件、餅材、環(huán)件、棒材、板材、管材、帶材和絲材。
鑄造高溫合金
鑄造高溫合金是指可以或只能用鑄造方法成型零件的一類高溫合金。其主要特點(diǎn)是:
1.具有更寬的成分范圍由于可不必兼顧其變形加工性能,合金的設(shè)計(jì)可以集中考慮優(yōu)化其使用性能。如對(duì)于鎳基高溫合金,可通過調(diào)整成分使γ’含量達(dá)60%或更高,從而在高達(dá)合金熔點(diǎn)85%的溫度下,合金仍能保持優(yōu)良性能。
2.具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域由于鑄造方法具有的特殊優(yōu)點(diǎn),可根據(jù)零件的使用需要,設(shè)計(jì)、制造出近終形或無余量的具有任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)和形狀的高溫合金鑄件。
根據(jù)鑄造合金的使用溫度,可以分為以下三類:
第一類:在-253~650℃使用的等軸晶鑄造高溫合金這類合金在很大的范圍溫度內(nèi)具有良好的綜合性能,特別是在低溫下能保持強(qiáng)度和塑性均不下降。如在航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)上用量較大的K4169合金,其650℃拉伸強(qiáng)度為1000MPa、屈服強(qiáng)度850MPa、拉伸塑性15%;650℃,620MPa應(yīng)力下的持久壽命為200小時(shí)。已用于制作航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的擴(kuò)壓器機(jī)匣及航天發(fā)動(dòng)機(jī)中各種泵用復(fù)雜結(jié)構(gòu)件等。
第二類:在650~950℃使用的等軸晶鑄造高溫合金這類合金在高溫下有較高的力學(xué)性能及抗熱腐蝕性能。例如K419合金,950℃時(shí),拉伸強(qiáng)度大于700MPa、拉伸塑性大于6%;950℃,200小時(shí)的持久強(qiáng)度極限大于230MPa。這類合金適于用做航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片、導(dǎo)向葉片及整鑄渦輪。
第三類:在950~1100℃使用的定向凝固柱晶和單晶高溫合金這類合金在此溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的綜合性能和抗氧化、抗熱腐蝕性能。例如DD402單晶合金,1100℃、130MPa的應(yīng)力下持久壽命大于100小時(shí)。這是國內(nèi)使用溫度最高的渦輪葉片材料,適用于制作新型高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的一級(jí)渦輪葉片。
隨著精密鑄造工藝技術(shù)的不斷提高,新的特殊工藝也不斷出現(xiàn)。細(xì)晶鑄造技術(shù)、定向凝固技術(shù)、復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)件的CA技術(shù)等都使鑄造高溫合金水平大大提高,應(yīng)用范圍不斷提高。
粉末冶金高溫合金
采用霧化高溫合金粉末,經(jīng)熱等靜壓成型或熱等靜壓后再經(jīng)鍛造成型的生產(chǎn)工藝制造出高溫合金粉末的產(chǎn)品。采用粉末冶金工藝,由于粉末顆粒細(xì)小,冷卻速度快,從而成分均勻,無宏觀偏析,而且晶粒細(xì)小,熱加工性能好,金屬利用率高,成本低,尤其是合金的屈服強(qiáng)度和疲勞性能有較大的提高。
FGH95粉末冶金高溫合金,650℃拉伸強(qiáng)度1500MPa;1034MPa應(yīng)力下持久壽命大于50小時(shí),是當(dāng)前在650℃工作條件下強(qiáng)度水平最高的一種盤件粉末冶金高溫合金。粉末冶金高溫合金可以滿足應(yīng)力水平較高的發(fā)動(dòng)機(jī)的使用要求,是高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤、壓氣機(jī)盤和渦輪擋板等高溫部件的選擇材料。
氧化物彌散強(qiáng)化(ODS)合金
是采用獨(dú)特的機(jī)械合金化(MA)工藝,超細(xì)的(小于50nm)在高溫下具有超穩(wěn)定的氧化物彌散強(qiáng)化相均勻地分散于合金基體中,而形成的一種特殊的高溫合金。其合金強(qiáng)度在接近合金本身熔點(diǎn)的條件下仍可維持,具有優(yōu)良的高溫蠕變性能、優(yōu)越的高溫抗氧化性能、抗碳、硫腐蝕性能。
目前已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的主要有三種ODS合金:
MA956合金在氧化氣氛下使用溫度可達(dá)1350℃,居高溫合金抗氧化、抗碳、硫腐蝕之首位。可用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)襯。
MA754合金在氧化氣氛下使用溫度可達(dá)1250℃并保持相當(dāng)高的高溫強(qiáng)度、耐中堿玻璃腐蝕。現(xiàn)已用于制作航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向器蓖齒環(huán)和導(dǎo)向葉片。
MA6000合金在1100℃拉伸強(qiáng)度為222MPa、屈服強(qiáng)度為192MPa;1100℃,1000小時(shí)持久強(qiáng)度為127MPa,居高溫合金之首位,可用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。
金屬間化合物高溫材料
金屬間化合物高溫材料是近期研究開發(fā)的一類有重要應(yīng)用前景的、輕比重高溫材料。十幾年來,對(duì)金屬間化合物的基礎(chǔ)性研究、合金設(shè)計(jì)、工藝流程的開發(fā)以及應(yīng)用研究已經(jīng)成熟,尤其在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系材料的制備加工技術(shù)、韌化和強(qiáng)化、力學(xué)性能以及應(yīng)用研究方面取得了令人矚目的成就。
Ti3Al基合金(TAC-1),TiAl基合金(TAC-2)以及Ti2AlNb基合金具有低密度(3.8~5.8g/cm3)、高溫高強(qiáng)度、高鋼度以及優(yōu)異的抗氧化、抗蠕變等優(yōu)點(diǎn),可以使結(jié)構(gòu)件減重35~50%。Ni3Al基合金,MX-246具有很好的耐腐蝕、耐磨損和耐氣蝕性能,展示出極好的應(yīng)用前景。Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蝕性能,在中溫(小于600℃)有較高強(qiáng)度,成本低,是一種可以部分取代不銹鋼的新材料。
環(huán)境高溫合金
在民用工業(yè)的很多領(lǐng)域,服役的構(gòu)件材料都處于高溫的腐蝕環(huán)境中。為滿足市場需要,根據(jù)材料的使用環(huán)境,歸類出系列高溫合金。
1、高溫合金母合金系列
2、抗腐蝕高溫合金板、棒、絲、帶、管及鍛件
3、高強(qiáng)度、耐腐蝕高溫合金棒材、彈簧絲、焊絲、板、帶材、鍛件
4、耐玻璃腐蝕系列產(chǎn)品
5、環(huán)境耐蝕、硬表面耐磨高溫合金系列
6、特種精密鑄造零件(葉片、增壓渦輪、渦輪轉(zhuǎn)子、導(dǎo)向器、儀表接頭)
7、玻棉生產(chǎn)用離心器、高溫軸及輔件8、鋼坯加熱爐用鈷基合金耐熱墊塊和滑軌
9、閥門座圈
10、鑄造“U”形電阻帶
11、離心鑄管系列
12、納米材料系列產(chǎn)品
13、輕比重高溫結(jié)構(gòu)材料
14、功能材料(膨脹合金、高溫高彈性合金、恒彈性合金系列)
15、生物醫(yī)學(xué)材料系列產(chǎn)品
16、電子工程用靶材系列產(chǎn)品
17、動(dòng)力裝置噴嘴系列產(chǎn)品
18、司太立合金耐磨片
19、超高溫抗氧化腐蝕爐輥、輻射管。
3 鎳基合金是高溫合金中應(yīng)用最廣、高溫強(qiáng)度最高的一類合金。其主要原因,一是鎳基合金中可以溶解較多合金元素,且能保持較好的組織穩(wěn)定性;二是可以形成共格有序的 A3B型金屬間化合物γ'[Ni3(Al,Ti)]相作為強(qiáng)化相,使合金得到有效的強(qiáng)化,獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強(qiáng)度;三是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?xì)飧g能力。鎳基合金含有十多種元素,其中Cr主要起抗氧化和抗腐蝕作用,其他元素主要起強(qiáng)化作用。根據(jù)它們的強(qiáng)化作用方式可分為:固溶強(qiáng)化元素,如鎢、鉬、鈷、鉻和釩等;沉淀強(qiáng)化元素,如鋁、鈦、鈮和鉭;晶界強(qiáng)化元素,如硼、鋯、鎂和稀土元素等。
鎳基高溫合金按強(qiáng)化方式有固溶強(qiáng)化型合金和沉淀強(qiáng)化型合金。
•固溶強(qiáng)化型合金
具有一定的高溫強(qiáng)度,良好的抗氧化,抗熱腐蝕,抗冷、熱疲勞性能,并有良好的塑性和焊接性等,可用于制造工作溫度較高、承受應(yīng)力不大(每平方毫米幾公斤力,見表1)的部件,如燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室。
•沉淀強(qiáng)化型合金
通常綜合采用固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化三種強(qiáng)化方式,因而具有良好的高溫蠕變強(qiáng)度、抗疲勞性能、抗氧化和抗熱腐蝕性能,可用于制作高溫下承受應(yīng)力較高(每平方毫米十幾公斤力以上,見表2) 的部件,如燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片、渦輪盤等。
4組織編輯
鎳基合金的顯微組織特點(diǎn)及其發(fā)展情況,合金中除奧氏體基體外,還有在基體中弭散分布的γ'相,在晶界上的二次碳化物和在凝固時(shí)析出的一次碳化物和硼化物等。隨著合金化程度的提高,其顯微組織的變化有如下趨勢:γ'相數(shù)量逐漸增多,尺寸逐漸增大,并由球狀變成立方體,同一合金中出現(xiàn)尺寸和形態(tài)不相同的γ'相。在鑄造合金中還出現(xiàn)在凝固過程中形成的γ+γ'共晶,晶界析出不連續(xù)的顆粒狀碳化物并被γ'相薄膜所包圍,組織的這些變化改善了合金的性能。
現(xiàn)代鎳基合金的化學(xué)成分十分復(fù)雜,合金的飽和度很高,因此要求對(duì)每個(gè)合金元素(尤其是主要強(qiáng)化元素)的含量嚴(yán)加控制,否則會(huì)在使用過程中容易析出有害相,如σ、µ相,損害合金的強(qiáng)度和韌性。在鎳基鑄造高溫合金中發(fā)展出了定向結(jié)晶渦輪葉片和單晶渦輪葉片。
定向結(jié)晶葉片消除了對(duì)空洞和裂紋敏感的橫向晶界,使全部晶界平行于應(yīng)力軸方向,從而改善了合金的使用性能。單晶葉片消除了全部晶界,不必加入晶界強(qiáng)化元素,使合金的初熔溫度相對(duì)升高,從而提高了合金的高溫強(qiáng)度,并進(jìn)一步改善了合金的綜合性能。
5生產(chǎn)工藝編輯
鎳基合金,特別是沉淀強(qiáng)化型合金含有較高的鋁、鈦等合金元素。通常采用真空感應(yīng)爐熔煉,并經(jīng)真空自耗爐或電渣爐重熔。熱加工采用鍛造、軋制工藝,對(duì)于高合金化合金,由于熱塑性差,則采用擠壓開坯后軋制或用軟鋼(或不銹鋼)包套直接擠壓工藝。鑄造合金通常用真空感應(yīng)爐熔煉母合金,并用真空重熔-精密鑄造法制成零件。
變形合金和部分鑄造合金需進(jìn)行熱處理,包括固溶處理、中間處理和時(shí)效處理,以Udmet 500合金為例,它的熱處理制度分為四段:固溶處理,1175℃,2小時(shí),空冷;中間處理,1080℃,4小時(shí),空冷;一次時(shí)效處理,843℃,24小時(shí),空冷;二次時(shí)效處理,760℃,16小時(shí),空冷。以獲得所要求的組織狀態(tài)和良好的綜合性能。
鎳
Nickel 141焊條
A5.11 ENi-1
EL-NiTi3
-
Nickel 61填充金屬
A5.14 ERNi-1
SG-NiTi4
Part 5 NA32
Nickel 61焊帶
-
UP-NiTi4
Part 5 NA32
鎳-銅
MONEL 190 焊條
A5.11ENiCu-7
EL-NiCu30Mn
-
MONEL 60 焊絲
-
UP-NiCu30MnTi
Part 5 NA33
銅-鎳
MONEL 187 焊條
A5.6 ECuNi
S-CuNi30Mn
-
MONEL 67 填充金屬
A5.7 ERCuNi
S-CuNi30Fe
Part 3 C18
MONEL 67 焊帶
-
UP-CuNi30Fe
Part 3 C18
鎳-鉻
INCO-WELD A 焊條
A5.11 ENiCrFe-2
EL-NiCr15FeNb
-
INCONEL 152 焊條
A5.11 ENiCrFe-7
-
-
INCONEL 82 填充金屬
A5.14 ERNiCr-3
SG-NiCr20Nb
Part 5 NA35
INCONEL 82 焊帶
-
UP-NiCr20Nb
Part 5 NA35
INCONEL 52 填充金屬
A5.14 ERNiCrFe-7
-
-
INCONEL 92 填充金屬
A5.14 ERNiCrFe-6
-
Part 5 NA39
INCONEL 601 填充金屬
A5.14 ERNiCrFe-11
SG-NiCr23Al
-
INCONEL 72 填充金屬
A5.14 ERNiCr-4
-
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INCO-WELD 52SCC 焊帶
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NC 80/20 填充金屬
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SG-NiCr20
Part 5 NA34
INCO-CORED FC82AP 藥芯焊絲
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INCO-CORED FC82DH 藥芯焊絲
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INCONEL 182 焊條
A5.11,ENiCrFe-3
EL-NiCr15FeMn
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鎳-鉻-鉬
INCO C 276 填充金屬
A5.14 ERNiCrMo-4
SG-NiMo16Cr16W
Part 5 NA48
INCO C 276 焊條
A5.11 ENiCrMo-4
EL-NiMo16Cr16W
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INCONEL 122 焊條
A5.11 ENiCrMo-10
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INCO-WELD 686 CPT 填充金屬
A5.14 ERNiCrMo-14
SG-NiCr21Mo16W
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INCO-WELD 686 CPT 焊條
A5.11 ENiCrMo-14
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INCO-WELD 686 CPT 焊帶
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INCONEL 625 填充金屬
A5.14 ERNiCrMo-3
SG-NiCr21Mo9Nb
Part 5 NA43
INCONEL 625 焊帶
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NiCr21Mo9Nb
-
INCO-WELD 725 NDUR 填充金屬
A5.14 ERNiCrMo-15
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INCONEL 622 填充金屬
A5.14 ERNiCrMo-10
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INCO-CORED 625AP 藥芯焊絲
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INCO-CORED 625DH 藥芯焊絲
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INCONEL 112焊條
A5.11,ENiCrMo-3
EL-NiCr20Mo9Nb
Part5 NA35
鎳-鉻-鈷-鉬
INCONEL 117 焊條
A5.11 ENiCrCoMo-1
EL-NiCr21Co12Mo
-
INCONEL 617 填充金屬
A5.14 ERNiCrCoMo-1
SG-NiCr22Co12Mo
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鎳-鐵-鉻
INCONEL 718填充金屬
A5.14 ERNiFeCr-2
SG-NiCr19NbMoTi
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鑄鐵
NI-ROD 55 填充金屬
A5.15 ENiFeT3-CI
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NI-ROD 55 焊條
A5.15 ENiFe-CI
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-
NI-ROD 55X 焊條
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NI-ROD焊條
-
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NI-ROD 99X 焊條
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NI-ROD 44 填充金屬
A5.15 ERNiFeMn-CI
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-
NI-ROD 99 填充金屬
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NI-ROD FC55 藥芯焊絲
A5.15 ENiFeT3-CI
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鎳-鐵
NILO CF36 填充金屬
-
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-
NILO CF42 填充金屬
-
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尼孟合金
NIMONIC 263 填充金屬
-
-
Part 5 NA38
NIMONIC 90 填充金屬
-
-
Part 5 NA36
NIMONIC 11
-
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NIMONIC PK33
-
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Part 5 NA37
輥壓機(jī)擠壓輥堆焊專用焊接材料
材料主要用途及性能
堆焊工藝及其它
注意事項(xiàng) 施焊前,焊條須經(jīng)250~350℃烘焙1~2h,隨烘隨用; 焊前必須對(duì)焊件清除鐵銹、油污、水份等雜質(zhì); 對(duì)大、厚件、露天作業(yè)等,工件需250℃~300℃預(yù)熱,焊后緩冷; 埋弧焊藥芯焊絲ZD1、ZD2采用HJ431焊劑,焊前焊劑HJ431應(yīng)烘 干250℃×1h;ZD3采用107焊劑,焊前焊劑107應(yīng)烘干300℃×1h。
立式磨磨輥及磨盤堆焊專用焊接材料
材料主要用途及性能
熔敷金屬典型化學(xué)成分(%)及堆焊層硬度
堆焊工藝及其它
注意事項(xiàng) 施焊前,焊條須經(jīng)250~350℃烘焙1~2h,隨烘隨用; 焊前必須對(duì)焊件清除鐵銹、油污、水份等雜質(zhì); 埋弧焊藥芯焊絲采用107焊劑,焊前焊劑107應(yīng)烘干300℃×1h; 一般用于堆焊后不進(jìn)行機(jī)加工的工件。 錘頭、錘盤制造及修復(fù)用焊接材料(材料種類:1.焊條;2.CO2氣保護(hù)藥芯焊絲Ф1.6)
風(fēng)機(jī)修復(fù)用焊接材料(材料種類:1.焊條;2.CO2氣保護(hù)藥芯焊絲Ф1.6)
部分材料高溫硬度測試
堆焊工藝及其它
水輪機(jī)專用焊接制造及修復(fù)材料
材料主要用途及性能
熔敷金屬化學(xué)成分(%)
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