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高溫合金管應(yīng)具有高的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度(見蠕變)、良好的抗熱疲勞和機(jī)械疲勞性能(見疲勞)、良好的抗氧化和抗燃?xì)飧g性能以及組織穩(wěn)定,其中以蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度為重要。提高高溫合金強(qiáng)度的途徑有:
固溶強(qiáng)化 加入與基體金屬原子尺寸不同的元素(鉻、鎢、鉬等)引起基體金屬點(diǎn)陣的畸變,加入能降低合金基體堆垛層錯(cuò)能的元素(如鈷)和加入能減緩基體元素?cái)U(kuò)散速率的元素(鎢、鉬等),以強(qiáng)化基體。
沉淀強(qiáng)化 通過時(shí)效處理,從過飽和固溶體中析出第二相(γ┡、γ"、碳化物等),以強(qiáng)化合金(見合金相)。γ┡相與基體相同,均為面心立方結(jié)構(gòu),點(diǎn)陣常數(shù)與基體相近,并與晶體共格,因此γ┡相在基體中能呈細(xì)小顆粒狀均勻析出,阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),而產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用。
晶界強(qiáng)化 在高溫下,合金的晶界是薄弱環(huán)節(jié)(見界面),加入微量的硼、鋯和稀土元素可改善晶界強(qiáng)度。這是因?yàn)橄⊥猎啬軆艋Ы纾?、鋯原子能填充晶界空位,降低蠕變過程中晶界擴(kuò)散速率,抑制晶界碳化物的集聚和促進(jìn)晶界第二相球化。另外,鑄造合金中加適量的鉿,也能改善晶界的強(qiáng)度和塑性。還可通過熱處理在晶界形成鏈狀分布的碳化物或造成彎曲晶界,提高塑性和強(qiáng)度。
氧化物彌散強(qiáng)化 通過粉末冶金方法,在合金中加入高溫下仍保持穩(wěn)定的細(xì)小氧化物,呈彌散分布狀態(tài),從而獲得顯著的強(qiáng)化效應(yīng)。通常加入的氧化物有ThO2和Y2O3等。這些氧化物是通過阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和穩(wěn)定位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)等因素而使合金得到強(qiáng)化的。
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高溫合金管按基體元素主要可分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金。按制備工藝可分為變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末冶金高溫合金。
鑄造高溫合金管顯徽組織特征:鑄造高溫合金顯微組織(見高溫合金材料顯微組織)中,除γ’ 相外,還有γ- γ’ 共晶相,一次碳化物相也比較多,沿著樹枝晶間分布,有些合金還有M3B2硼化物析出。鑄造高溫合金熱處理工藝比較簡(jiǎn)單,有些甚至不需要進(jìn)行熱處理就可以使用。
零件生產(chǎn) 鑄造高溫合金一般在大型真空感應(yīng)爐中冶煉母合金,用失蠟精密造型法制造 殼型,然后在小型真空感應(yīng)爐中重熔澆注成零件。
缺陷及 鑄造件中不可避免會(huì)產(chǎn)生一些顯微疏松,可采用熱等靜壓處理使之減輕或,增加零件的可靠性。鑄造高溫合金零件的晶粒度比較大,對(duì)疲勞性能不利。通常采用表面晶粒細(xì)化法來獲得零件表層的細(xì)晶。
發(fā)展方向 運(yùn)用定向凝固技術(shù)可生產(chǎn)無橫向晶界的柱狀晶葉片或完全晶界的單晶葉片,使高溫疲勞壽命和持久強(qiáng)度都有成倍提高,這是當(dāng)前鑄造高溫合金的發(fā)展方向。
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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(shí)效處理過程中形成Ni3(Ti、Al)沉淀強(qiáng)化相。鉻主要用來提高抗氧化性、抗燃?xì)飧g性。鉬、鎢用來強(qiáng)化固溶體。鋁、鈦、鈮用于沉淀強(qiáng)化。碳、硼、鋯等元素則用于強(qiáng)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(qiáng)化方式可分為加工硬化型、固溶強(qiáng)化型和沉淀強(qiáng)化型高溫合金(見金屬的強(qiáng)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(qiáng)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(fù)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(shí)效處理,以獲得合適的晶粒度,分布合理和大小適宜的強(qiáng)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(jí);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)。點(diǎn)擊查看拓亞鋼鐵有限公司(泗縣分公司)的【產(chǎn)品相冊(cè)庫】以及我們的【產(chǎn)品視頻庫】
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