組織
鎳基合金的顯微組織特點及其發(fā)展情況見圖3,合金中除奧氏體基體外,還有在基體中弭散分布的g'相,在晶界上的二次碳化物和在凝固時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:g'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g'相。在鑄造合金中還出現(xiàn)在凝固過程中形成的g+g'共晶,晶界析出不連續(xù)的顆粒狀碳化物并被g'相薄膜所包圍,組織的這些變化了合金的性能。
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,因此要求對每個合金元素(尤其是主要強化元素)的含量嚴加控制,否則會在使用過程中容易析出有害相,如s、μ相(圖4),損害合金的強度和韌性。
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(圖5)。定向結(jié)晶葉片消除了對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,不必加入晶界強化元素,使合金的初熔溫度相對升高,從而提高了合金的高溫強度,并進一步了合金的綜合性能。
生產(chǎn)工藝
鎳基合金,特別是沉淀強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行熱處理,包括固溶處理、中間處理和時效處理,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,空冷;中間處理,1080℃,4小時,空冷;一次時效處理,843℃,24小時,空冷;二次時效處理,760℃,16小時,空冷。以獲得所要求的組織狀態(tài)和良好的綜合性能。
2022-05-11760℃高溫材料發(fā)展過程從20世紀30年代后期起,英、德、美等國就開始研究高溫合金。第二次世界大戰(zhàn)期間,為了滿足新型航空發(fā)動e79fa5e98193e59b9ee7ad9431333361303032機的需要,高溫合金的研究和使用進入了蓬勃發(fā)展時期。40年代初,英國首先在80Ni-20Cr合金中加入少量鋁和鈦,形成γ‘相(gamma prime)以進行強化,研制成第一種具有較高的高溫強度的鎳基合金。同一時期,美國為了適應(yīng)活塞式航空發(fā)動機用渦輪增壓器發(fā)展的需要,開始用Vitallium鈷基合金制作葉片。
此外,美國還研制出Inconel鎳基合金,用以制作噴氣發(fā)動機的燃燒室。以后,冶金學(xué)家為進一步提高合金的高溫強度,在鎳基合金中加入鎢、鉬、鈷等元素,增加鋁、鈦含量,研制出一系列牌號的合金,如英國的“Nimonic”,美國的“Mar-M”和“IN”等;在鈷基合金中,加入鎳、鎢等元素,發(fā)展出多種高溫合金,如X-45、HA-188、FSX-414等。由于鈷資源缺乏,鈷基高溫合金發(fā)展受到限制。
40年代,鐵基高溫合金也得到了發(fā)展,50年代出現(xiàn)A-286和Incoloy901等牌號,但因高溫穩(wěn)定性較差,從60年代以來發(fā)展較慢。蘇聯(lián)于1950年前后開始生產(chǎn)“ЭИ”牌號的鎳基高溫合金,后來生產(chǎn)“ЭП”系列變形高溫合金和ЖС系列鑄造高溫合金。中國從1956年開始試制高溫合金,逐漸形成“GH”系列的變形高溫合金和“K”系列的鑄造高溫合金。70年代美國還采用新的生產(chǎn)工藝制造出定向結(jié)晶葉片和粉末冶金渦輪盤,研制出單晶葉片等高溫合金部件,以適應(yīng)航空發(fā)動機渦輪進口溫度不斷提高的需要。