变形合金和部分铸造合金需进行热处理,包括固溶处理、中间处理和时效处理,以Udmet 500合金为例,它的热处理制度分为四段:固溶处理,1175℃,2小时,空冷;中间处理,1080℃,4小时,空冷;一次时效处理,843℃,24小时,空冷;二次时效处理,760℃,16小时,空冷。以获得所要求的组织状态和良好的综合性能。
涡 是航空发动机上一个十分重要的关键零件。涡 工作温度虽然比叶片低,但工作环境异常复杂,且在轮心、轮缘、榫齿、槽底和腹板等各部位所受应力、温度、介质作用程度都不同。因此,对涡 材料性能提出如下典型要求:高的屈服强度;足够的塑性储备;足够的蠕变、持久强度和塑性;高的疲劳强度和低周疲劳性能;良好的耐腐蚀性、组织稳定性与可加工性。一句话,材料的综合性能要好。
涡 用材料大部分是沉淀强化的铁基或镍基变形高温合金,一些盘件开始采用粉末高温合金制备,但是从制备工序、成本等角度考虑,粉末高温合金涡 无法替代变形高温合金涡 。 [1]
航空发动机用的机匣、转子封严环和蜂窝环零件国内外较多地采用低膨胀高温合金制备。低膨胀合金是发动机实现间隙控制技术,减少燃气损失和提高热效率不可替代的功能结构材料。低膨胀高温合金的特点是综合性能好、强度较高、膨胀系数低、弹性模量几乎恒定,在约380℃(居里点)以下至室温,合金热膨胀系数几乎为常量。因此,采用低膨胀高温合金制备的压气机匣在飞机巡航飞行时,有利于间隙的封严,提高压气效率,加大推力。我国研制的低膨胀高温合金主要有GH2907、GH2909、GH4783等。我国新研制的GH4783是一种抗氧化新型低膨胀高温合金,膨胀系数比GH4169合金低20%,密度比GH4169低20%,只有7.789/cm3,工作温度可达750℃。对应的美国牌号的Inconel783合金已被用作F-22战斗机用发动机F119-PW的各种环形件。
我国应用的板材变形合金主要有20多个牌号。它们的共同特点是塑性好,具有中等强度,焊接性能优异,还有较好的抗氧化和抗腐蚀性能。主要用于制作发动机动力装置的燃烧室、加力燃烧室、飞机机尾罩、导流罩、衬筒和军用卫星毛细管等。航空发动机燃烧室零件大多采用固溶强化合金制造。近期,发动机生产中为了减轻结构重量,采用时效强化的板材合金来制造燃烧室零件,取得了良好效果。采用时效强化的变形高温合金制造加力燃烧室壳体,可大幅度减轻发动机重量,但其成形和焊接比固溶强化合金要困难。
此外,在航空发动机中,变形高温合金还用于制备涡轮轴、涡轮叶片等。随着先进航空发动机推重比的进一步提高,燃烧室入口温度和出口温度大幅提高,必须采用耐更高温度的新合金材料。需求牵引。因此,变形高温合金必须加大研究力度,进一步提高性能,满足我国先进航空发动机的研制需要。 [1]
发展前景编辑
变形高温合金不但是我国生产和研制新型航空发动机需要的重要材料,而且在舰船制造、工业燃气轮机、航天飞行器、火箭发动机、核反应堆和化学工业等领域应用广泛,是一种十分重要的高温材料。当前,变形高温合金总体上向承温更高、精密成形和低成本方向发展。通过不断挖掘合金潜力,采用新技术、新工艺,可大幅提高变形高温合金材料的质量和性能,满足我国先进航空发动机的需求。须加大研究力度,进一步提高性能,满足我国先进航空发动机的研制需要。 [2]
上海秉争实业有限公司是一家集研发、加工、销售、生产制造为一体的综合性高新技术企业。秉争实业立足于本土品牌,常年与宝钢、太钢等龙头企业合作,同时运用企业自身化优势,携手欧洲OUTOKUMPU(奥托昆普)、ESTA(阿威斯塔)、美国哈氏合金、美国C、美国冶联ATI、德国蒂森克虏伯VDM、Mannex、德镍、瑞典山特维克、冶金、新日铁、神户制钢、住友金属、大同特殊钢、山阳制钢、JFE钢铁、日金工、法国奥博杜瓦、美国熔炉斯伯、美国斯穆集团等知名品牌为国内各大加工制造企业提供高性能金属材料。秉争实业旗下聚了不锈钢、特殊钢、铜铝合金、钛镍合金、石墨五大核心事业部门,致力于、制造、工程、化学处理、电力能源、飞机制造、汽车制造、电子电器、家用电器、工业电器、食品机械、石油化工等诸多行业的原材供应。
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上海秉争实业 再说镍基高温合号之前,我们先来了解下镍基高温合金的种类、特点和用途:见下表
种类 表示 小分类 特点 用途
镍基变形高温合金 镍基变形高温合金以汉语拼音字母“GH” 加序号表示,如GH36、GH49、GH141等。 按强化可分为固溶强化镍基变形高温合金,弱时效强化镍基变形高温合金和强时效强化镍基变形高温合金3类。 镍基变形高温合金可采用常规的锻、轧和等冷、热变形手段加工成材。 镍基变形高温合金广泛地用来制造喷气发动机、各种工业燃气轮机的热端部件,如工作叶片,导向叶片、涡和室等。
镍基铸造高温合金 以“K”加序号表示,如K1、K2等。 —
(1)疲劳性能稍差、塑性较低、使用中组织性有所下降;
(2)存在疏松,性能波动较大。
为了减轻这些缺点,1968年在美国首先研制了高硼低碳镍基铸造高温合金。在镍基铸造高温合金其他元素不变的情况下,将硼含量10~20倍,碳含量下降到0.01%~0.03%,而使合金的强度和塑性、疏松,了组织长期性等。这类合金已在美国实际应用。 镍基铸造高温合金用于飞机、船舶、工业和车辆用燃气轮机的关键的高温部件,如涡轮机叶片、导向叶片和整体涡轮等。
不锈钢特性:与 304 钢相比,Cr 和 Ni 含量较低,冷加工时抗拉强度和硬度增高。无磁性,但冷加工后有磁性。
不锈钢用途:列车、航空器、传送带、车辆、螺栓、螺母、弹簧、筛网等。
不锈钢牌号:301L
不锈钢特性:在 301 钢基础上,降低C含量,改善焊口的抗晶界腐蚀性;通过添加N元素来弥补含C量降低引起的强度不足,保证钢的强度。
不锈钢用途:铁道车辆构架及外部装饰材料。
不锈钢牌号:303
不锈钢特性:在304成分基础上添加了S,切削性能好,防腐性能没有304好。
不锈钢用途:要求易切削和表面光洁度高的场合,尤其适宜自动车床使用,可加工成螺栓和螺母等。
不锈钢牌号:303Cu
不锈钢特性:在303的基础上加了Cu,切削性与成形性优于303。
不锈钢用途:与303相同。自动车床使用,要求切削性与表面光洁度的场合。
不锈钢牌号:304
不锈钢特性:不锈钢中普遍的钢种。具有良好的耐蚀性、耐热性,低温强度和机械特性;冲压、弯曲等热加工性好,无热处理硬化现象(无磁性,使用温度-196℃~800℃)。
不锈钢用途:用途非常广泛,家庭用品,汽车配件,医疗器具,建材,化学,食品工业,农业,船舶部件等。
不锈钢牌号:304L
不锈钢特性:作为低C的304钢,在一般状态下,其耐蚀性与304刚相似,但在焊接后或者应力后,其抗晶界腐蚀能力;在未进行热处理的情况下,亦能保持良好的耐蚀性,使用温度-196℃~800℃。
不锈钢用途:需要高耐粒界腐蚀性的化学、煤炭、石油产业设备、建筑材料、耐热部件及不易热处理的部件。
不锈钢牌号:304Cu
不锈钢特性:304的基础上添加了Cu,提高了抗菌性及成型性,有利于需要卫生观念的环境及深加工产品。
不锈钢用途:保温瓶、厨房洗涤槽、锅、壶、保温饭盒、门把手、纺织加工机器。
不锈钢牌号:304H
不锈钢特性:在304钢的基础上,提高含碳量,冷轧加工时强度有所提高。
不锈钢用途:多用于线材。钓鱼钩等。
不锈钢牌号:304N
不锈钢特性:在304的基础上加了N,提高了钢的强度。
不锈钢用途:适用于对冷成型性要求高的场合,如泵轴、船轴等。
不锈钢牌号:316
不锈钢特性:在304成分基础上添加了Mo,耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度特别好,可在苛酷的条件下使用;加工硬化性优(无磁性)。
不锈钢用途:海水里用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料等生产设备;照像、食品工业、沿海地区设施、绳索、CD杆、螺栓、螺母等。
不锈钢牌号:316L
不锈钢特性:作为 316 钢种的低 C 版本,除与 316 钢有相同的特性外,其抗晶界腐蚀性优。
不锈钢用途:316钢的用途中,对抗晶界腐蚀性有特别要求的产品。
市场分析新型高温合金主要包括:粉末高温合金、金属间化合物、ODS合金和高温金属自润材料等四种:
粉末高温合金技术:FGH51粉末高温合金是采用粉末冶金工艺制备的相沉淀强化型镍基高温合金。该合金γ相的体积分数为$,-左右,其形成元素的原子分数为50%左右。合金盘件的制造工艺路线是采用真空感应熔炼制取母合金,然后雾化制取预合金粉末,进而制成零件毛坯。与同类铸、锻高温合金相比,它具有组织均匀、晶粒细小、屈服度高和疲劳性能好等优点,是当前650度工作条件下强度水平的一种高温合金。该种高温金主要用于高性能发动机的转动部件,如涡 和承力环件等 [7] 。
金属间化合物用于制作各类先进运载工具动力推进系统的构件,减少自重、提能;
ODS合金具有优良的高温蠕变性能、高温抗氧化性能、抗碳、硫腐蚀性能,可用于制造发动键部件,也可用于火力发电系统、煤气化炉、工业燃气轮机和工业锅炉、玻璃制造、汽车柴油发动机、核反应堆等;
高温金属基自润滑材料主要用于生产高温自润滑轴承,主要用于替代含油轴承、镶嵌式固体自润滑轴承、双金属轴瓦及铸硫钢固体润滑轴承(包括铸钢表面硫化处理轴承)在冶金设备上的应用,该高温自润滑轴承具有强度高、承载能力大、润滑效果好、结构设计合理、噪音小、使用寿命长等优点 [6] 。
镍基高温合金指的是以镍为基体(含量一般大于50%) 在650~1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。镍基高温合金(以下简称镍基合金)是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti);为了提高蠕变强度又添加铝,研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美国于40年代中期,苏联于40年代后期,中国于50年代中期也研制出镍基合金。
镍基合金的发展包括两个方面:合金成分的改进和生产工艺的革新。50年代初,真空熔炼技术的发展,为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50年代后期,由于涡轮叶片工作温度的提高,要求合金有更高的高温强度,但是合金的强度高了,就难以变形,甚至不能变形,于是采用熔模精密铸造工艺,发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要,60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内,镍基合金的工作温度从 700℃提高到1100℃,平均每年提高10℃左右。镍基高温合金的发展趋势见图1。
秉争实业有限公司(张家界分公司)地处秉争实业有限公司,地理位置优越,此处交通便利,本公司专业生产 高温合金。 公司的经营战略:树立长期发展和竞争意识,在创造公平竞争环境,鼓励竞争的前提下以客为尊,制定适应客户的市场策略。公司的品质方针:站在客户立场监控产品质量,以客户满意的产品为宗旨。公司的服务宗旨:以诚信为本!为客户提供长期品质稳定的货源及发展上的支持,使客户经营综合效益得到提高,在合作中建立“双赢”的发展目标。公司精神: 重视沟通、协商、合作、不断创新、服务 ,公司有完善的网络销售平台,一批年轻、充满朝气、诚信、务实的销售团队,赢得了海内外客户的信任与支持。
1:加热 对于哈氏B-2合金来说,在加热前和加热过程中表面保持清洁并远离污染物是十分重要的。如果哈氏B-2合金在含有硫、磷、铅或其他低熔点金属污染物的环境下加热,则会变脆,这些污染物的来源主要包括标记笔痕迹、温度指示漆、油脂和液体、烟气。此烟气必须含硫低;例如:天然气和液化石油气含硫量不超过0.1%,城市空气含硫量不超过0.25g/m3,燃料油的含硫量不超过0.5%即为合格。 对加热炉的气体环境要求是中性环境或轻还原性环境,并且不可以在氧化性和还原性之间波动。炉中的火焰不可以直接冲击哈氏B-2合金。同时要以快的加热速度把材料加热到要求达到的温度,即要求首先要把加热炉的温度上升到要求温度,再把材料放入炉中加热。
2:热加工 哈氏B-2合金可以在900~1160℃范围内进行热加工,加工过后应该以水淬火。为了确保有的耐蚀性能,热加工过后应该退火。
3:冷加工 冷加工的哈氏B-2合金必须经过固溶处理,由于其具有比奥氏体不锈钢高得多的加工硬化率,所以成形设备要细心考虑。如果执行了冷成形工艺,那么有必要进行级间退火。 冷加工变形量超过15%时,使用前要固溶处理。
4:热处理 固溶热处理温度要控制在1060~1080℃之间,之后进行水冷淬火或材料厚度在1.5mm以上时可以快速空冷以获得的耐蚀性能。在任何加热操作过程中,材料的表面清洁均要有预先的防范。哈氏合金材料或设备部件在进行热处理时要注意以下一些问题:为了防止设备部件热处理变形,应采用不锈钢加强环;对装炉温度、加热和冷却时间应严格控制;装炉前,对热处理件进行预处理,防止产生热裂纹;热处理后,对热处理件PT;在热处理过程中如产生热裂纹,经过打磨后需补焊者,要采用专门的补焊工艺。
5:除垢 哈氏B-2合金表面的氧化物和焊缝附近的污点都要以精细的砂轮等打磨干净。 由于哈氏B-2合金对氧化性介质比较敏感,因此酸洗过程中会产生较多的含氮元素的气体。
6:机加工 哈氏B-2合金要以退火状态进行机加工,对它的加工硬化要有清醒的认识,例如:相对于标准奥氏体不锈钢要采用较慢的表面切削速度,对于表面的硬化层要采用较大的进刀量,并使刀具处于连续的工作状态。
7:焊接 哈氏B-2合金焊缝金属及热影响区由于易析出β相而导致贫Mo,从而易于产生晶间腐蚀,因此,哈氏B-2合金的焊接工艺应谨慎制定,严格控制。一般焊接工艺如下:焊材选用ERNi-Mo7;焊接方法GTAW;控制层间温度不大于120℃;焊丝直径φ2.4、φ3.2;焊接电流90~150A。同时,施焊前,焊丝、被焊接件坡口及相邻部位应进行去污脱脂处理。 哈氏B-2合金热传导系数比钢小得多,如选用单V型坡口,则坡口角度要在70°左右,采用较低的热输入量。 通过焊后热处理可以残余应力并改善抗应力腐蚀断裂性能。