高温合金相关

高温合金高温合金：是指以铁、镍、钻为基，能在600°C以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。高温合金为单一奥氏体基体组织，且其合金化程度很高，在各种温度下均具有良好的组织稳定性和使用的可靠性。高温合金主要用于固体火箭发动机及燃气轮机的4大热端部件，即导向器、涡轮叶片、涡轮盘和燃烧室。就日前使用的高温合金来看，镍基高温合金的使用范围远远大于铁基和钻基高温合。发展概况：普通锻造---铸造高温合金---定向凝固高温合金---单品高温合金----弥散强化高温合金和纤维增强的高温合金。ODS高温合金：(1)生产工艺:DS高温合金都是采用MA技术将超细的氧化物颗粒均匀地分散到合金基体中。含有弥散氧化物颗粒的机械合金化粉末经固结处理后,便可得到密实的合金材料。原始粉末-机械和金-装套，除气-封焊-热挤-形变加工-再结品退火-探伤检测-成品高温合金熔炼新技术:高温合金成型方法：熔模精密铸造，铸锭冶金(包括挤压、轧制、锻造等)粉末冶金，定向凝固。

高温合金的几种成型方法的工艺路线熔模精密铸造熔模精密铸造也叫失蜡铸造，采用可溶一次性蜡模和一次性陶瓷型壳及陶瓷型芯铸造成型的方法。这种方法非常适合生产尺寸公差小、薄壁、拔模斜度小和表面光洁度大的铸件用该方法生产的铸件尺寸精度高，表面质量好，，经常不需要特殊的处理就能直接装配使用。基本工艺流程为：将耐火材料和粘结剂配制成粘度适中的浆料，把表面清洁、尺寸精确的蜡模在浆料里浸蘸，撒砂。待其干燥后，重复多次蘸浆、撒砂步骤，每一层浆料的粘度与所撒得砂的粒度都有变化，一般面层为细沙，背层为粗砂；最后一层只挂浆，不撒砂；待型壳充分干燥后，用水蒸汽或热水进行脱蜡，最后进行焙烧，使型壳具有一定强度。浇注铸件前，型壳要预热到一定温度，以保证金属具有较好的流动性；浇注金属液，待铸件凝固后，除壳，清砂，得到所需铸件。其工艺程见图所示。工艺设计压型设计压型制造模料制备工艺设计压型设计压型制造模料制备制模及浇注熔模组合涂料配制熔模组合涂料配制重复多次上涂料及撒沙型壳硬化及干燥—脱壳去除浇冒口一重复多次上涂料及撒沙型壳硬化及干燥—脱壳去除浇冒口一清理—检验—补焊热处理—检验校正入库熔模精密铸造的工艺路线熔模铸造方法生产的铸件内部难免有缩松、缩孔产生，因此铸件在使用前一般要经过热等静压处理，以减少内部缺陷对铸件性能的影响。由于，在热等静压后的铸件容易变形，因此还需要采取一些辅助措施来防止铸件变形。模料的制备：模料性能与工艺参数（1）熔点：模料的熔点应适中,一般在60~90°C范围内为宜，以便于配制模料、制模及脱蜡工艺的进行。低温（石蜡-硬脂酸）模料的熔点为50~51C。由于熔点温度区间太小，控制制模工艺有较大的难度，一般采取手工制模的方式，难保证蜡模质量。①蜡料全熔温度:70~90C,严禁超过90C;②稀蜡温度:65~80C;③蜡膏保温温度:48~50C;④蜡膏温度:45~48C;⑤脱蜡液温度:90~98C。中温（美国162型）模料的熔点为70~80C,与熔点相当的工艺参数如下。由于熔点温度区间较大,模料的控温比较稳定，适应高压机械制模，蜡模质量较好。蜡缸温度:54~62C;②射蜡嘴温度:56~60C:③脱蜡蒸汽压力：0.6~0.8MPa:④脱蜡温度:150~168C。项目性能指标石州卜硬脂酸模制改性盗温模引美国162型模料.„蜡膏〔液）M温度fE射蜡压4H筋-590.1-0.3L.5-.<5工艺制模设备手工JS蜡工作台自制高IK压蜡机进口高压压蜡机装备制模模具合金压型钢压型钢压型为甲蜡模表而粗桂度嵬嚣寸乩12.5岛3.2RaL6较差较好筐好（2） 软化点：模料开始发生软化变形的温度称为软化点,一般不宜低于35C。与其相应的工艺参数主要控制制模、修模、蜡模库、组装、制壳等工作间的室温,一般为（24±2）C。（3） 收缩率及强度：收缩率小于1%,抗弯强度大于1.4MPa。型壳的制备：耐火材料和粘结剂1.耐火材料：耐火材料占型壳重量的90%以上，对型壳性能影响很大。哟与高温合金异常活泼，在高温下几乎可与所有耐火材料发生反应，在铸件表面形成污染层。因此，耐火材料的选择非常关键。在熔模精密铸造中耐火材料又可以分为粉料和撒砂材料。其中粉料与粘结剂配制成涂料，撒砂材料是为了增强氧化物陶瓷型壳的强度和透气性。其中，面层型壳会直接和金属液接触，因此要具有一定的热力学稳定性，能够抵抗金属液的热冲击和热物理化学作用等，所以面层型壳材料的选择是至关重要的。用于铸造高温合金的耐火材料应满足以下条件：化学惰性较高，与熔融的状态的金属液接触不发生化学反应；强度足够高，在造型，搬运和装炉过程中不变形、破碎；对水分，空气吸附性差；抗热冲击性能和耐火度较高，在高温下不软塌、不破碎；导热性低，减少铸件激冷产生的缺陷。（1） 碳质耐火材料主要是指人造石墨，人造石墨在真空下热膨胀系数小，耐火度高，强度随温度升高而有所提高，低温下与合金液反应较弱，条件恶劣时易生成TiC。（2） 氧化物陶瓷材料是TiAl基合金精密铸造所采用的重要材料。工业上常用的氧化物陶瓷有SiO2、MgO、A12O3、CaO、ZrO2、Y2O3和ThO2等。其中CaO型壳易吸潮导致胀裂，故要求对湿度严格控制，操作难度大;锆英石、莫来石含有的Si元素在精铸时会与熔融TiAl液发生剧烈的反应。ZrO2是一种热力学稳定、性价比较高的化合物，与Ti液的润湿性较差，因而在钛合金的熔炼和精铸方面得到了应用。经CaO或Y2O3稳定的ZrO2型壳与TiAl反应层的厚度可控制在几十微米。无定形的Y2O3比表面积大，具有很大活性，加上Y2O3本身呈较强的碱性，会使配置涂料发生困难，必须经过高温稳定化处理后才能用作钛合金造型材料。Y2O3陶瓷型壳具有热导率低、强度高等优点，成为近年来国内外研究的热点。（3） A12O3由于具有较高的A1含量，可降低TiAl基合金的活度，同时使氧在TiAl基合金的的固溶度减小，并且从热膨胀系数来看，Al2O3与TiAl的系数相互接近，所以因TiAl基合金室温塑性差而发生断裂的可能性就会降低，因此Al2O3在TiAl基合金的精密铸造中具有很大的应用前景。（4） 铝硅酸盐作为耐火材料，在熔模精密铸造中有着重要的应用。其中，莫来石较为常用，它的熔点高，达到1870°C，具有较高的耐火度，在加热过程中不会发生同素异品的转变，在高温下与它发生化学反应的物质较少，线膨胀系数比Al2O3小，因此，莫来石是一种优良的耐火材料。通常，莫来石被用作背层耐火材料，这是因为它的稳定性还打不到面层耐火材料的要求，而用作型壳的背层就不会与钛液直接反应。粘结剂：粘结剂是熔模铸造中型壳制造的重要原材料，必足能够粘结耐火材料，同时要求焙烧后的产物应对熔融钛有较好的化学稳定性。粘结剂的性能将直接影响型壳、铸件的质量、生产周期和成本。在铸型焙烧后，粘结剂所生成的产物，对熔融钛应具有较高的稳定性。在石墨捣实型中常用的粘结剂是酚醛树脂、合脂和淀粉等，属于有机类，焙烧后有一些残留的碳。熔模精铸中常用的粘结剂有水玻璃、硅溶胶和硅酸乙酯E，但它们都不宜做TiAl基合金熔模精铸的粘结剂，因为这三种粘结剂焙烧后的产物均含SiO2,而SiO2与液钛反应十分强烈。但也有学者用水玻璃锆砂制造型壳浇出了钛铸件［is】，质量很差。碳酸锆铵（TiCoatTMN）、钇溶胶（ColloidalYttria）、锆溶胶以及锆的有机化合物是现阶段TiAl基合金熔模精铸常用的粘结剂，其在一定程度上满足了使用要求。该类粘结剂焙烧后的产物是ZrO2,Y2O3，相当于耐火材料，但在型壳强度，还存在脱蜡及与液钛反应等一些问题。涂料配比及粘度涂料种类：面层-30（需要配比消泡剂和润湿剂），过渡层-22，加固层-14（3-5层）离心铸造离心铸造是指将液态金属浇入旋转的铸型中，使金属液在离心力作用下完成充填和凝固成型的一种铸造方法。为了实现这种工艺过程，必须采用专门的设备一离心铸造机（简称为离心机），提供使铸型旋转的条件。根据铸型旋转轴在空间位置的不同，常用的离心机分为立式离心铸造机和卧式离心铸造机两种。立式离心铸造的铸型是绕垂直轴旋转的，卧式离心铸造机的铸型是绕水平轴旋转的。离心铸造可采用多种的铸型，如金属型、砂型、石膏型、石墨型陶瓷型及熔模型壳等等。与一般铸造的铸造过程相比，离心铸造具有以下特点：⑴铸型小的液体金属能形成中空圆柱形的自由表面，不用型芯就可形成中空的套简和管类铸件。⑵显著提高液体金属的充填能力，改善充型条件，可用于浇注流动性较差的合金和壁厚较薄的铸件。⑶有利于铸型内液体金属中的气体和夹杂物的排除，并能改善铸件凝固的补缩条件。因此，铸件的组织致密，缩松及夹杂等缺陷较少，铸件的机械性能好。⑷可减少甚至不用浇冒口系统，降低了金属消耗。⑸可生产双金属中空圆柱形铸件，如轴承套、铸管等。（6）对于某些合金（如铅青铜等）容易产生重度偏析。此外，在浇注中空铸件时，其内表面较相糙，尺寸难于准确控制。TiAl合金涡轮铸件粉末冶金高温合金如TiAl基合金的室温塑性较差，用常规塑性变形的方法加工极为困难。粉末冶金法可以很好的解决这一问题。这种方法以合金或单质粉末为原材料，通常先采用常规塑性加工方法（如模压、冷等静压等）对粉末进行固结成形，在经烧结就可直接获得特定形状的零件，同时实现制件的近终成型，这样就避免了对TiAl基合金的后续加工。同时，相比于铸造合金，采用粉末冶金法所制得的材料组织更为均匀、细小。目前基于高温合金粉末冶金的具体方法主要有:机械合金化、反应烧结、预合金粉末法、自蔓燃一高温合成、爆炸合成等。这些方法常常两种或多种方法结合在一起使用，难以严格区分。但是，粉末冶金方法制得的TiAl基合金部通常含有较多的杂质含量（如氧、氮等），并且粉末冶金制得合金组织不致密，内部经常存在孔隙，这些都严重的限制了粉末冶金方法的应用及推广。部分学者采用热锻以及包套挤压方法在一定程度上减少了孔隙率，较大的提高了TiAl基合金的力学性能。在但由于Ti、Al元素扩散系数差别太大，元素反应扩散距离大，以及柯肯达尔效应的影响，均匀、高致密度的TiAl基合金仍然比较难以获得。因此，在高纯粉末的制备、烧结工艺的优化、杂质的控制、提高合金的致密度等方面，粉末冶金还有较长的路要走。铸锭冶金铸锭冶金是合金熔炼、铸造、锻造和轧制等技术的综合，是目前TiAl基合金的典型加工工艺。一般由铸造出来的铸锭，组织都比较粗大，成分由于偏析的存在而不均匀，并且内部也或多或少的存在缩松、缩孔等缺陷。铸锭在进行塑性加工之前，一般要对其进行热等静压，实现对铸锭的均匀化处理。这样可以一定程度上除合金成分的偏析，同时合金铸锭中的微观缩孔或孔洞也能被压实、焊合，这就可以防止铸锭在后续热加工过程中由于微观缩孔与孔洞引起的应力集中或合金的不均匀流变造成的铸锭的变形开裂。对Al>46%（原子）的合金热等静压多选择在1260^/175MPa进行。通过对铸锭的进行热加工，可以破碎粗大的铸态组织，细化品粒，进一步减小微观缩孔或孔洞的影响，较大幅度的提高TiAl基合金的力学性能。通常使用的热加工工艺主要有等温锻造、包套锻造、热轧制或热挤压等。等温锻造区间一般为1065~1175°C，名义应变速率在10-2~10-3/s之间，压缩比为4:1~6:1；在这种工艺条件可保证铸锭有良好的塑性同时又不开裂，所获得的组织中有超过50%的板条组织球化。在锻造过程中增大保压时间、将锻件在锻模内短暂停留或在两步锻造中间进行热处理都可以促进球化。从而细化组织，提高材料的力学性能。包套锻造可以在锻坯外设置包套，在锻坯与包套材料之间采用隔热材料，使