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高温合金热处理工艺研究

高温合金热处理工艺研究

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【摘要】:
通过改变工作内部的显微组织或改变工件表面的化学成分,提高韧性及抗蚀性能,消除应力与软化,提高强度。

高温合金热处理工艺是指高温合金材料在固态下,通过加热、保温和冷却的方式,已获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。今年来对于高温合金研究比较深入、系统的是固溶热处理和时效热处理。固溶热处理是指在高温合金组织内析出相的全溶温度,是合金中各种分布不均匀的析出相充分溶解至基体相中,从而实现强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能,消除残余应力的作用,以便继续加工成型,并为后续时效处理析出均匀分布的强化相做准备。时效热处理是指在强化相析出的温度区间内加热并保温一定时间,使高温合金的强化相均匀地沉淀析出,碳化物等均匀分布,从而实现硬化合金和提高其强度的作用。

高温合金GH4145是[Ni3(Al、Ti、Nb)]为主要强化相的镍基时效硬化型合金,主要用于300MW或600MW汽轮机高中压内缸法兰螺栓。此种材质螺栓经过高温运行后,会发生显微组织及借位组态变化、强化相析出等,导致材料的蠕变和持久性能下降。为了改善其性能,对运行后硬度值为333HBW的螺栓进行恢复热处理,热处理工艺为固溶+两次时效,固溶工艺为1130℃×1h油冷;首次时效为845℃×24h,第二次时效为707℃×20h空冷。采用此工艺对硬度值超标螺栓进行恢复热处理后,其硬度值降至标准要求范围内,虽然强度值有一定程度的下降,但是塑性及韧性显著提升,证明恢复热处理工艺及其有效。

GH4169合金是含Nb的高强度镍-铬-铁基高温合金,主要用于制造航空发动机的高温部件。热处理制度对GH4169冷轧叶片组织性能的影响。采用970-995℃软化处理制度,软化处理后进行中间处理和固溶时效处理,中间处理制度为900℃空冷,固溶时效处理制度为1010℃空冷+720℃×8h炉冷至620℃×8h空冷。软化处理可以使硬度明显降低,有利于第二次冷轧的进行;采用995℃进行软化处理,可以得到更好的软化效果,且对合金组织性能无影响;GH4169合金冷轧变形后,软化处理对力学性能影响很小,而中间处理和最终固溶时效热处理是决定力学性能的重要工序。

高温合金在严格控制的加热和冷却条件下进行热处理,通过改变材料内部的显微组织来达到所要求的使用性能或服役寿命。随着新高温合金材料的应用以及使用过程中对合金性能提出的高要求,热处理工艺是必不可少的过程。近年来高温合金热处理工艺不断发展,其发展趋势如下:

(1)热处理制度连同合金成份设计和其他工艺一起,使高温合金达到最好的性能状态,以便达到最佳性能匹配。

(2)计算机模拟与热处理工艺相结合,对合金的变形量及热处理进行深入的研究。研究热处理工艺过程控制系统,在重视设备更新的同时实现工艺的创新,设备与工艺并行发展。

(3)服役和热处理过程中合金各析出相之间的相互转变关系及相变机制并不十分清楚,需要深入研究。

(4)深入研究高温合金的适宜的淬火介质,改进淬火工艺,将是今后热处理工艺的研究重点。

(5)真空热处理技术具有无氧化、无脱碳和小畸变的优越性,在航空航天等行业的应用将越来越广泛。

(6)等离子表面处理具有耐磨损、畸变小、外观好和无盲区等特点,将在高温合金中得到广泛应用,包括离子渗氮、离子氮碳共渗、离子渗碳等技术。

上海康晟航材科技股份有限公司,生产镍基高温合金、精密合金、耐蚀合金类材料及制品,广泛应用于航空、航天、航海,汽车、能源,电子机械等多领域。021-69925077,13641813331来电咨询。