組織
鎳基合金的顯微組織特點(diǎn)及其發(fā)展情況見(jiàn)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(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(shì):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(guò)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(guò)程中容易析出有害相,如s、μ相(圖4),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(圖5)。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。
生產(chǎn)工藝
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。