高溫合金相關(guān)

高溫合金高溫合金：是指以鐵、鎳、鉆為基，能在600°C以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作的一類金屬材料。高溫合金為單一奧氏體基體組織，且其合金化程度很高，在各種溫度下均具有良好的組織穩(wěn)定性和使用的可靠性。高溫合金主要用于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)的4大熱端部件，即導(dǎo)向器、渦輪葉片、渦輪盤和燃燒室。就日前使用的高溫合金來看，鎳基高溫合金的使用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鐵基和鉆基高溫合。發(fā)展概況：普通鍛造---鑄造高溫合金---定向凝固高溫合金---單品高溫合金----彌散強(qiáng)化高溫合金和纖維增強(qiáng)的高溫合金。ODS高溫合金：(1)生產(chǎn)工藝:DS高溫合金都是采用MA技術(shù)將超細(xì)的氧化物顆粒均勻地分散到合金基體中。含有彌散氧化物顆粒的機(jī)械合金化粉末經(jīng)固結(jié)處理后,便可得到密實(shí)的合金材料。原始粉末-機(jī)械和金-裝套，除氣-封焊-熱擠-形變加工-再結(jié)品退火-探傷檢測(cè)-成品高溫合金熔煉新技術(shù):高溫合金成型方法：熔模精密鑄造，鑄錠冶金(包括擠壓、軋制、鍛造等)粉末冶金，定向凝固。

高溫合金的幾種成型方法的工藝路線熔模精密鑄造熔模精密鑄造也叫失蠟鑄造，采用可溶一次性蠟?zāi)：鸵淮涡蕴沾尚蜌ぜ疤沾尚托捐T造成型的方法。這種方法非常適合生產(chǎn)尺寸公差小、薄壁、拔模斜度小和表面光潔度大的鑄件用該方法生產(chǎn)的鑄件尺寸精度高，表面質(zhì)量好，，經(jīng)常不需要特殊的處理就能直接裝配使用?；竟に嚵鞒虨椋簩⒛突鸩牧虾驼辰Y(jié)劑配制成粘度適中的漿料，把表面清潔、尺寸精確的蠟?zāi)Ｔ跐{料里浸蘸，撒砂。待其干燥后，重復(fù)多次蘸漿、撒砂步驟，每一層漿料的粘度與所撒得砂的粒度都有變化，一般面層為細(xì)沙，背層為粗砂；最后一層只掛漿，不撒砂；待型殼充分干燥后，用水蒸汽或熱水進(jìn)行脫蠟，最后進(jìn)行焙燒，使型殼具有一定強(qiáng)度。澆注鑄件前，型殼要預(yù)熱到一定溫度，以保證金屬具有較好的流動(dòng)性；澆注金屬液，待鑄件凝固后，除殼，清砂，得到所需鑄件。其工藝程見圖所示。工藝設(shè)計(jì)壓型設(shè)計(jì)壓型制造模料制備工藝設(shè)計(jì)壓型設(shè)計(jì)壓型制造模料制備制模及澆注熔模組合涂料配制熔模組合涂料配制重復(fù)多次上涂料及撒沙型殼硬化及干燥—脫殼去除澆冒口一重復(fù)多次上涂料及撒沙型殼硬化及干燥—脫殼去除澆冒口一清理—檢驗(yàn)—補(bǔ)焊熱處理—檢驗(yàn)校正入庫(kù)熔模精密鑄造的工藝路線熔模鑄造方法生產(chǎn)的鑄件內(nèi)部難免有縮松、縮孔產(chǎn)生，因此鑄件在使用前一般要經(jīng)過熱等靜壓處理，以減少內(nèi)部缺陷對(duì)鑄件性能的影響。由于，在熱等靜壓后的鑄件容易變形，因此還需要采取一些輔助措施來防止鑄件變形。模料的制備：模料性能與工藝參數(shù)（1）熔點(diǎn)：模料的熔點(diǎn)應(yīng)適中,一般在60~90°C范圍內(nèi)為宜，以便于配制模料、制模及脫蠟工藝的進(jìn)行。低溫（石蠟-硬脂酸）模料的熔點(diǎn)為50~51C。由于熔點(diǎn)溫度區(qū)間太小，控制制模工藝有較大的難度，一般采取手工制模的方式，難保證蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量。①蠟料全熔溫度:70~90C,嚴(yán)禁超過90C;②稀蠟溫度:65~80C;③蠟膏保溫溫度:48~50C;④蠟膏溫度:45~48C;⑤脫蠟液溫度:90~98C。中溫（美國(guó)162型）模料的熔點(diǎn)為70~80C,與熔點(diǎn)相當(dāng)?shù)墓に噮?shù)如下。由于熔點(diǎn)溫度區(qū)間較大,模料的控溫比較穩(wěn)定，適應(yīng)高壓機(jī)械制模，蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量較好。蠟缸溫度:54~62C;②射蠟嘴溫度:56~60C:③脫蠟蒸汽壓力：0.6~0.8MPa:④脫蠟溫度:150~168C。項(xiàng)目性能指標(biāo)石州卜硬脂酸模制改性盜溫模引美國(guó)162型模料.?蠟膏〔液）M溫度fE射蠟壓4H筋-590.1-0.3L.5-.<5工藝制模設(shè)備手工JS蠟工作臺(tái)自制高IK壓蠟機(jī)進(jìn)口高壓壓蠟機(jī)裝備制模模具合金壓型鋼壓型鋼壓型為甲蠟?zāi)１矶止鸲柔蛧檀缲?2.5島3.2RaL6較差較好筐好（2） 軟化點(diǎn)：模料開始發(fā)生軟化變形的溫度稱為軟化點(diǎn),一般不宜低于35C。與其相應(yīng)的工藝參數(shù)主要控制制模、修模、蠟?zāi)?kù)、組裝、制殼等工作間的室溫,一般為（24±2）C。（3） 收縮率及強(qiáng)度：收縮率小于1%,抗彎強(qiáng)度大于1.4MPa。型殼的制備：耐火材料和粘結(jié)劑1.耐火材料：耐火材料占型殼重量的90%以上，對(duì)型殼性能影響很大。喲與高溫合金異?；顫?，在高溫下幾乎可與所有耐火材料發(fā)生反應(yīng)，在鑄件表面形成污染層。因此，耐火材料的選擇非常關(guān)鍵。在熔模精密鑄造中耐火材料又可以分為粉料和撒砂材料。其中粉料與粘結(jié)劑配制成涂料，撒砂材料是為了增強(qiáng)氧化物陶瓷型殼的強(qiáng)度和透氣性。其中，面層型殼會(huì)直接和金屬液接觸，因此要具有一定的熱力學(xué)穩(wěn)定性，能夠抵抗金屬液的熱沖擊和熱物理化學(xué)作用等，所以面層型殼材料的選擇是至關(guān)重要的。用于鑄造高溫合金的耐火材料應(yīng)滿足以下條件：化學(xué)惰性較高，與熔融的狀態(tài)的金屬液接觸不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；強(qiáng)度足夠高，在造型，搬運(yùn)和裝爐過程中不變形、破碎；對(duì)水分，空氣吸附性差；抗熱沖擊性能和耐火度較高，在高溫下不軟塌、不破碎；導(dǎo)熱性低，減少鑄件激冷產(chǎn)生的缺陷。（1） 碳質(zhì)耐火材料主要是指人造石墨，人造石墨在真空下熱膨脹系數(shù)小，耐火度高，強(qiáng)度隨溫度升高而有所提高，低溫下與合金液反應(yīng)較弱，條件惡劣時(shí)易生成TiC。（2） 氧化物陶瓷材料是TiAl基合金精密鑄造所采用的重要材料。工業(yè)上常用的氧化物陶瓷有SiO2、MgO、A12O3、CaO、ZrO2、Y2O3和ThO2等。其中CaO型殼易吸潮導(dǎo)致脹裂，故要求對(duì)濕度嚴(yán)格控制，操作難度大;鋯英石、莫來石含有的Si元素在精鑄時(shí)會(huì)與熔融TiAl液發(fā)生劇烈的反應(yīng)。ZrO2是一種熱力學(xué)穩(wěn)定、性價(jià)比較高的化合物，與Ti液的潤(rùn)濕性較差，因而在鈦合金的熔煉和精鑄方面得到了應(yīng)用。經(jīng)CaO或Y2O3穩(wěn)定的ZrO2型殼與TiAl反應(yīng)層的厚度可控制在幾十微米。無定形的Y2O3比表面積大，具有很大活性，加上Y2O3本身呈較強(qiáng)的堿性，會(huì)使配置涂料發(fā)生困難，必須經(jīng)過高溫穩(wěn)定化處理后才能用作鈦合金造型材料。Y2O3陶瓷型殼具有熱導(dǎo)率低、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，成為近年來國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。（3） A12O3由于具有較高的A1含量，可降低TiAl基合金的活度，同時(shí)使氧在TiAl基合金的的固溶度減小，并且從熱膨脹系數(shù)來看，Al2O3與TiAl的系數(shù)相互接近，所以因TiAl基合金室溫塑性差而發(fā)生斷裂的可能性就會(huì)降低，因此Al2O3在TiAl基合金的精密鑄造中具有很大的應(yīng)用前景。（4） 鋁硅酸鹽作為耐火材料，在熔模精密鑄造中有著重要的應(yīng)用。其中，莫來石較為常用，它的熔點(diǎn)高，達(dá)到1870°C，具有較高的耐火度，在加熱過程中不會(huì)發(fā)生同素異品的轉(zhuǎn)變，在高溫下與它發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)較少，線膨脹系數(shù)比Al2O3小，因此，莫來石是一種優(yōu)良的耐火材料。通常，莫來石被用作背層耐火材料，這是因?yàn)樗姆€(wěn)定性還打不到面層耐火材料的要求，而用作型殼的背層就不會(huì)與鈦液直接反應(yīng)。粘結(jié)劑：粘結(jié)劑是熔模鑄造中型殼制造的重要原材料，必足能夠粘結(jié)耐火材料，同時(shí)要求焙燒后的產(chǎn)物應(yīng)對(duì)熔融鈦有較好的化學(xué)穩(wěn)定性。粘結(jié)劑的性能將直接影響型殼、鑄件的質(zhì)量、生產(chǎn)周期和成本。在鑄型焙燒后，粘結(jié)劑所生成的產(chǎn)物，對(duì)熔融鈦應(yīng)具有較高的穩(wěn)定性。在石墨搗實(shí)型中常用的粘結(jié)劑是酚醛樹脂、合脂和淀粉等，屬于有機(jī)類，焙燒后有一些殘留的碳。熔模精鑄中常用的粘結(jié)劑有水玻璃、硅溶膠和硅酸乙酯E，但它們都不宜做TiAl基合金熔模精鑄的粘結(jié)劑，因?yàn)檫@三種粘結(jié)劑焙燒后的產(chǎn)物均含SiO2,而SiO2與液鈦反應(yīng)十分強(qiáng)烈。但也有學(xué)者用水玻璃鋯砂制造型殼澆出了鈦鑄件［is】，質(zhì)量很差。碳酸鋯銨（TiCoatTMN）、釔溶膠（ColloidalYttria）、鋯溶膠以及鋯的有機(jī)化合物是現(xiàn)階段TiAl基合金熔模精鑄常用的粘結(jié)劑，其在一定程度上滿足了使用要求。該類粘結(jié)劑焙燒后的產(chǎn)物是ZrO2,Y2O3，相當(dāng)于耐火材料，但在型殼強(qiáng)度，還存在脫蠟及與液鈦反應(yīng)等一些問題。涂料配比及粘度涂料種類：面層-30（需要配比消泡劑和潤(rùn)濕劑），過渡層-22，加固層-14（3-5層）離心鑄造離心鑄造是指將液態(tài)金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬液在離心力作用下完成充填和凝固成型的一種鑄造方法。為了實(shí)現(xiàn)這種工藝過程，必須采用專門的設(shè)備一離心鑄造機(jī)（簡(jiǎn)稱為離心機(jī)），提供使鑄型旋轉(zhuǎn)的條件。根據(jù)鑄型旋轉(zhuǎn)軸在空間位置的不同，常用的離心機(jī)分為立式離心鑄造機(jī)和臥式離心鑄造機(jī)兩種。立式離心鑄造的鑄型是繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的，臥式離心鑄造機(jī)的鑄型是繞水平軸旋轉(zhuǎn)的。離心鑄造可采用多種的鑄型，如金屬型、砂型、石膏型、石墨型陶瓷型及熔模型殼等等。與一般鑄造的鑄造過程相比，離心鑄造具有以下特點(diǎn)：⑴鑄型小的液體金屬能形成中空?qǐng)A柱形的自由表面，不用型芯就可形成中空的套簡(jiǎn)和管類鑄件。⑵顯著提高液體金屬的充填能力，改善充型條件，可用于澆注流動(dòng)性較差的合金和壁厚較薄的鑄件。⑶有利于鑄型內(nèi)液體金屬中的氣體和夾雜物的排除，并能改善鑄件凝固的補(bǔ)縮條件。因此，鑄件的組織致密，縮松及夾雜等缺陷較少，鑄件的機(jī)械性能好。⑷可減少甚至不用澆冒口系統(tǒng)，降低了金屬消耗。⑸可生產(chǎn)雙金屬中空?qǐng)A柱形鑄件，如軸承套、鑄管等。（6）對(duì)于某些合金（如鉛青銅等）容易產(chǎn)生重度偏析。此外，在澆注中空鑄件時(shí)，其內(nèi)表面較相糙，尺寸難于準(zhǔn)確控制。TiAl合金渦輪鑄件粉末冶金高溫合金如TiAl基合金的室溫塑性較差，用常規(guī)塑性變形的方法加工極為困難。粉末冶金法可以很好的解決這一問題。這種方法以合金或單質(zhì)粉末為原材料，通常先采用常規(guī)塑性加工方法（如模壓、冷等靜壓等）對(duì)粉末進(jìn)行固結(jié)成形，在經(jīng)燒結(jié)就可直接獲得特定形狀的零件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)制件的近終成型，這樣就避免了對(duì)TiAl基合金的后續(xù)加工。同時(shí)，相比于鑄造合金，采用粉末冶金法所制得的材料組織更為均勻、細(xì)小。目前基于高溫合金粉末冶金的具體方法主要有:機(jī)械合金化、反應(yīng)燒結(jié)、預(yù)合金粉末法、自蔓燃一高溫合成、爆炸合成等。這些方法常常兩種或多種方法結(jié)合在一起使用，難以嚴(yán)格區(qū)分。但是，粉末冶金方法制得的TiAl基合金部通常含有較多的雜質(zhì)含量（如氧、氮等），并且粉末冶金制得合金組織不致密，內(nèi)部經(jīng)常存在孔隙，這些都嚴(yán)重的限制了粉末冶金方法的應(yīng)用及推廣。部分學(xué)者采用熱鍛以及包套擠壓方法在一定程度上減少了孔隙率，較大的提高了TiAl基合金的力學(xué)性能。在但由于Ti、Al元素?cái)U(kuò)散系數(shù)差別太大，元素反應(yīng)擴(kuò)散距離大，以及柯肯達(dá)爾效應(yīng)的影響，均勻、高致密度的TiAl基合金仍然比較難以獲得。因此，在高純粉末的制備、燒結(jié)工藝的優(yōu)化、雜質(zhì)的控制、提高合金的致密度等方面，粉末冶金還有較長(zhǎng)的路要走。鑄錠冶金鑄錠冶金是合金熔煉、鑄造、鍛造和軋制等技術(shù)的綜合，是目前TiAl基合金的典型加工工藝。一般由鑄造出來的鑄錠，組織都比較粗大，成分由于偏析的存在而不均勻，并且內(nèi)部也或多或少的存在縮松、縮孔等缺陷。鑄錠在進(jìn)行塑性加工之前，一般要對(duì)其進(jìn)行熱等靜壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄錠的均勻化處理。這樣可以一定程度上除合金成分的偏析，同時(shí)合金鑄錠中的微觀縮孔或孔洞也能被壓實(shí)、焊合，這就可以防止鑄錠在后續(xù)熱加工過程中由于微觀縮孔與孔洞引起的應(yīng)力集中或合金的不均勻流變?cè)斐傻蔫T錠的變形開裂。對(duì)Al>46%（原子）的合金熱等靜壓多選擇在1260^/175MPa進(jìn)行。通過對(duì)鑄錠的進(jìn)行熱加工，可以破碎粗大的鑄態(tài)組織，細(xì)化品粒，進(jìn)一步減小微觀縮孔或孔洞的影響，較大幅度的提高TiAl基合金的力學(xué)性能。通常使用的熱加工工藝主要有等溫鍛造、包套鍛造、熱軋制或熱擠壓等。等溫鍛造區(qū)間一般為1065~1175°C，名義應(yīng)變速率在10-2~10-3/s之間，壓縮比為4:1~6:1；在這種工藝條件可保證鑄錠有良好的塑性同時(shí)又不開裂，所獲得的組織中有超過50%的板條組織球化。在鍛造過程中增大保壓時(shí)間、將鍛件在鍛模內(nèi)短暫停留或在兩步鍛造中間進(jìn)行熱處理都可以促進(jìn)球化。從而細(xì)化組織，提高材料的力學(xué)性能。包套鍛造可以在鍛坯外設(shè)置包套，在鍛坯與包套材料之間采用隔熱材料，使