高能效粉末融金的研发趋势|粉末冶金知识|中山市翔宇粉末冶金制品幸运飞艇官网

幸运飞艇官网

登录/注册| 收藏本站| 在线留言| 网站地图

您好,欢迎访问翔宇粉末冶金官方网站!

翔宇粉末冶金翔宇粉末冶金

成立于2003年 粉末冶金定制厂家

0760-22632802
15016196909

粉末冶金产品
当前位置:幸运飞艇官网 » 翔宇粉末冶金资讯中心 » 粉末冶金知识 » 高能效粉末融金的研发趋势

高能效粉末融金的研发趋势

文章出处:责任编辑:发表时间:2020-08-21【

  镍基粉末高温合金因具有组织均匀、无偏析、晶粒细小、屈服强度高、疲劳性能好等优点,是制备高推重比先进发动机涡轮盘的首选材料。镍基粉末高温合金自上世纪60年代诞生以来,国外已经历了3代粉末高温合金的研制,分别以Ren95为代表的第1代高强型和Ren88DT为代表的第2代损伤容限型粉末高温合金及强度与损伤容限性能兼优的第3代粉末高温合金,包括美国的Alloy10,ME3和LSHR(LowSolvus,HighRefractory)等合金及法国的NR3,NR6等合金。

高能效粉末融金的研发趋势

  相应的发动机涡轮盘也发展到第4代双性能粉末盘,这种盘的盘心为细晶组织,抗疲劳性能好,盘缘则是粗晶组织,抗蠕变性能好。为很好地满足涡轮盘服役期间的工况实际及充分发挥材料性能的潜力,需要进一步优化涡轮盘结构设计,减轻盘件重量和提高发动机的推重比,所以,加强研究和完善双性能粉末盘的制造工艺成为现今粉末高温合金领域的研究热点之一。

  本文综合分析了国外第3代粉末高温合金发展概况,以便掌握新型涡轮盘用高性能粉末高温合金的研发现状,在此基础上,重点介绍作者课题组与钢铁研究总院合作在国内率先进行的我国新型第3代高性能粉末高温合金的初期研究工作与成果,并提出了研制新型高性能粉末高温合金的重点研究方向,以期促进我国粉末高温合金的发展。

  2第3代粉末高温合金的综合分析目前,美国、俄罗斯、英国和法国等已研发出系列的粉末高温合金并建立了自己的合金体系,如美国的Ren(95,88DT,104)和法国的NRx系列等。随着发动机推重比提高,粉末高温合金的设计工作温度从650增加到750以上,相应合金的高温性能,特别是损伤容限性能得到很大的提高,如a所示。从1974年研制成功的IN100合金到2006年得到应用的Ren104(ME3)合金,在650MPa,1000h断裂的温度提高了50,与前两代合金相比,第3代合金有更高的蠕变强度和更低的疲劳裂纹扩展速率,使涡轮盘的热时寿命得以大幅度延长。

  现今,已公开的涡轮盘用粉末高温合金牌号有近20种,给出了国外典型第3代粉末高温合金的成分。因每种元素的特性和其对合金平衡相的影响程度不同,导致合金的性能存在一定差别。以下分别从第3代粉末高温合金的化学成分、显微组织、点阵常数等方面进行了综合分析。

  21合金的成分总体而言,第3代粉末高温合金的合金化程度更高,元素的添加比例更合理,从而使合金的性能有整体而全面的提高。研制涡轮盘用粉末高温合金,最需关注的是在不断提高的工作温度下合金仍具有优良的综合性能,这就需从镍基高温合金的3种基本强化机制即固溶强化(主要作用元素有Co,Cr,Mo,W等)、析出相沉淀强化(主要作用元素有A,lT,iNb,Ta等)和晶界强化(主要作用元素有C,B,Zr等)进行综合考虑。在合金成分设计时,需了解各合金元素的相互关系及对合金性能的作用与影响,以便围绕上述的强化机制和对合金的具体性能要求来选择合金元素并调整其添加量。

  211固溶强化Co和Cr是固溶强化的主要元素,从中可看到,两者添加量一般都超过10,特别是Co,能与Ni形成连续置换固溶体而变成(N,iCo)3(A,lTi),可以提高合金的高温性能。Co降低了基体的堆垛层错能,降低A,lTi在基体中的溶解度,从而在一定范围内增加相数量和提高相固溶温度,如是可提高合金的蠕变抗力。日本HHarada研究小组也发现:高的Co含量可使合金拥有高的强度和抗蠕变性能。因此,第3代合金通常添加更多量Co(一般15),且更高含量Co还可降低相固溶温度,如Ren104合金中Co含量达到206,相固溶温度为1157,比Alloy10合金降低约20,可提高热处理工艺的灵活性,尽可能减少热诱导孔洞的产生。Cr与Ni形成具有一定溶解度的有限固溶体,Cr主要固溶强化基体,但过多的Cr会降低合金的高温强度,因Cr的高温强化效果远低于W,Mo等难熔元素,故要进一步提高合金的高温强度,就要降低Cr量并增加难熔元素的含量。在新合金设计中,人们有强烈降低Cr含量的倾向:英国罗-罗公司在设计RR1000合金时加入15的Cr,而Ren104合金Cr含量仅为13,这与避免高温下Cr促使相形成有关。另外,通过对美国第1、2代和第3代粉末高温合金代表Ren95、Ren88DT与Ren104(ME3)的成分进行对比可知,Ren104合金最显著的成分特点之一是:增Co降Cr.因Cr,Co均为固溶强化元素,降Cr对合金强度的影响可通过增Co来补偿。综合考虑合金中相的稳定性、合金的高温强度及防止高温TCP相的析出,增Co降Cr是新型高性能粉末高温合金成分设计的一个发展趋势。

  W,Mo是镍基粉末高温合金的固溶强化元素,它们在相中有较大的固溶度。根据维加德定律,由于Mo相对W在相中有更大的维加德系数,将引起相的点阵常数和弹性模量有更大的变化,导致Mo对固溶体的强化效果更为明显。从中看出,每种合金均有不同量的Mo,且随着Mo含量的增加,合金的强度也逐渐提高。GaydaJ等在研究W对CH98合金性能的影响时发现,添加W对合金塑性和静态裂纹扩展速率影响不大,但可提高合金的屈服强度和拉伸强度,尤其可显著提高合金的蠕变强度,因此,高温抗蠕变型Alloy10合金的W含量达到62。W对合金的缺口敏感性影响也很大,随着W含量增加,合金的缺口敏感性剧烈增加。W和Mo还能减缓A,lT,iCr的高温扩散速度,增加蠕变的扩散激活能,从而加强原子间的结合力,减缓高温合金的蠕变软化速度。但过高的W和Mo是不适宜的,因为W和Mo是促进TCP相(相)形成的元素,且当加入等量W和Mo时,Mo形成相的倾向大于W。因此,Mo,W的最佳添加量和相对比例是新型高性能粉末高温合金成分设计的重要内容。

  212相析出强化相是镍基粉末高温合金的主要析出强化相,其体积分数、固溶温度、与基体之间的错配度、结合强度以及稳定性都受到合金元素不同程度的影响。因第3代合金强调强度和损伤容限性能的平衡,相的体积分数通常在4055.统计分析第3代粉末高温合金中Al Ti含量对相体积分数和固溶温度的影响,不难发现增加Al Ti总量可明显提高相的体积分数,相的固溶温度随体积分数的增加而升高。粉末高温合金的高温强度除取决于A,lTi的加入量外,还与Ti/Al比有关。合适的Ti/Al比对获得理想合金性能非常重要:当Ti/Al比值较大时,形成的强化相稳定性低,长期时效有强烈转化为相(Ni3Ti)的趋势;逐渐减小Ti/Al比,以取得较好的热强度和热稳定性配合;当Al量超过上限时,可能出现有害的NiAl相。且相固溶温度随Ti/Al比增大先升高后降低,在Ti/Al比1时,相固溶温度最高,表明在高温条件下相稳定性最好。第3代合金尤其注重Ti和Al元素的平衡,NASA格伦研究中心基于平衡力学性能的系列实验所设计的LSHR合金也证实了Ti/Al比在1106之间较合适。

幸运飞艇官网  Nb大量进入相形成Ni3(A,lT,iNb)而提高相溶解度和延缓相的聚集长大过程,从而提高合金的高温强度。RadavichJ等研究发现Nb的作用体现为:Nb可促进形成更多相,导致合金的相固溶温度升高;其次,Nb增大相的反向畴(APB)能,提高合金的高温强度。但加入过多Nb会增加合金的缺口敏感性,也会严重损坏合金抗氧化性能,导致高温条件下的疲劳裂纹扩展速率增大。Ta是近年来引起人们特别关注的一种合金元素。由于Ta的原子半径较大,其维加德系数仅次于Hf和Zr,因此,可明显增加相的点阵常数,提高相的强化效果。Ta的加入被认为是第3代粉末高温合金提高裂纹扩展抗力的重要因素。20世纪90年代,NASA联合GE和PW公司制定了开发用于高速民用运输机的发动机计划(简称EPM计划),Ta对合金裂纹扩展速率的影响正是在该计划的研究中被注意到:加入Ta,既不影响合金塑性,还可提高合金的抗蠕变强度,最重要的是,可明显降低704的保时疲劳裂纹扩展速率。但在设计RR1000合金时发现,加入过量的Ta却又降低合金的裂纹扩展抗力,因此Ta的添加控制在215以内。Nb/Ta比也是高性能粉末高温合金成分设计的一个重要内容。TelesmanJ等研究了Alloy10合金中Nb/Ta比对合金性能的影响,发现随着Nb/Ta比增大,其屈服和拉伸强度增大,这个结论和JonesJ等采用人工神经网络预测Nb/Ta比对合金的强化效果显著一致。对Alloy10来说,Nb/Ta大于21,因更多Nb的加入可提高合金的拉伸强度;对Ren104合金,元素Ta的含量大约是Nb的3倍,故该合金具有更好的裂纹扩展抗力;LSHR合金则强调Nb/Ta比的平衡,从而保证获得更加优异的综合性能。

  213晶界强化晶界作为高温合金的薄弱环节,一直都是合金设计中的重点考虑环节。由可知,所有的第3代粉末高温合金中均有不同量的C,B和Zr,这些晶界微量元素偏聚到晶界处,可提高晶间结合力,强化晶界,从而提高合金的蠕变强度、塑性和低周循环疲劳寿命。镍基粉末高温合金中形成的碳化物主要是MC,M6C和M23C6,硼化物相主要是M3B2。M3B2比MC更稳定。由于碳化物和硼化物固结一定量的TCP相形成元素,因此C和B是高温合金显微组织的稳定剂,且B的稳定作用更强。

  C,B因与Ni的原子尺寸差异大而形成小溶解度的间隙固溶体。因B的加入会降低C的溶解度而影响到晶界碳化物的析出,所以在考虑晶界碳化物对热强性的影响时,应把C和B综合起来考虑。C的有利作用是在晶界析出链状、断续碳化物来强化晶界;B则在晶界偏聚造成局部合金化,强烈改变晶界状态,降低元素在晶界的扩散过程而强化晶界,B还能抑制晶界碳化物或金属间化合物以不利的片层状或胞状析出并改善晶界碳化物密集不均匀分布状态,因而对热强性有利。然而,研究发现,当这些元素添加过量时,促进C(B)化物的析出,合金的性能并未得到进一步提高。GabbT等在KM4合金中研究得到,在相同测试环境下,低B(0014)合金的低周循环疲劳寿命是高B(0027)合金的2倍,主要是因为添加大量的B会导致晶间(Cr,Mo)3B2的析出。Zr最初是用于强化晶界的微量添加元素,加入量通常小于01;但近年中科院金属所的研究表明,Zr是降低固相线和扩大固溶相线间温度区间的元素。为了提高合金的使用温度,有降Zr的趋势。

  SKJain等在U720Li合金中研究了C含量一定时(0025),不同的B(0004)和Zr含量(00350070)对合金性能的影响,发现适当增大B或Zr元素添加量有利于延长低周疲劳寿命,当B和Zr同时加入时,合金的性能最好。由此可知,为改善合金的晶界状态,提高晶界强度,在合金中加入适量的晶界强化元素C,B和Zr是必要的。另外,Hf作为一种特殊元素,主要是因它有很大的原子半径,维加德系数是最大的,因此可明显增加相或相的点阵常数以强化合金。Hf不仅可进入相和相中,还可与O结合,净化晶界,同时促进包含有Mo,T,iCr等碳化物的形成,强化晶界。因此,Hf在镍基粉末高温合金中广泛应用,全面提高了合金的综合性能。

  22合金的组织镍基粉末高温合金的性能取决于显微组织,主要指晶粒度和相。许多研究表明,晶粒度大小对合金性能有显著影响:细晶有高的合金强度和高的低周疲劳寿命,而粗晶对蠕变和损伤容限性能有利。值得注意的是,这种特性在高温和低应力下更为明显。近年来,通过特殊工艺来制备单合金双晶粒组织(盘缘为粗晶组织、盘心为细晶组织)涡轮盘备受关注。其关键是在盘件的不同部位形成温度梯度,使盘心温度低于相固溶温度而获得细晶组织,盘缘高于相固溶温度而获得粗晶组织。这种盘件符合涡轮盘实际的工况条件,可充分发挥材料的性能潜力,提高发动机的推重比,具有极大的应用潜力。双重组织热处理(DMHT)工艺经过在第3代合金的反复实践,逐渐成熟与完善,Ladish公司发明的自动超冷却设备,加快了双晶组织盘工业化批量生产的进程。DMHT工艺已成为第3代合金的标准热处理工艺,这就要求合金具有良好的晶粒尺寸控制性,便于实施双重组织热处理,使合金优良的高温性能得以最终体现和完全发挥。镍基粉末高温合金的高温性能还取决于相的析出强化效果,包括相的形态、尺寸、数量和分布。在镍基粉末高温合金中,可以观察到3种不同类型的相:除主要分布在晶界上的大初始相外,晶内还有尺寸相对较小的二次和三次相。二次相是在固溶处理冷却过程中的初期析出,三次相则指在冷却过程后期及时效过程中补充析出的相。

幸运飞艇官网  涡轮盘合金在基体上有2种尺寸和双峰分布的相时有最优异的性能。二次相的析出强烈依赖于冷却速度,特别是对于过固溶热处理。而二次相约占相总量的6080,因此选择合适的淬火冷却介质至关重要,这对三次相的析出也有一定影响。研究发现,合金的蠕变性能高度敏感于三次相的尺寸和数量,这对未来开发合适的热处理提出了挑战,那就是如何选择冷却介质或路径以达到相的合理尺寸匹配和分布,尤其是经时效处理获得理想三次相以保证合金优异的抗蠕变强度,这对设计使用温度更高的高性能粉末高温合金十分重要。

  23合金的点阵常数与错配度在镍基粉末高温合金中,相的点阵常数a和相的点阵常数a随成分而异,可用a来表示两者之间的点阵错配度,其用如下的经验公式来进行计算:a=a-a=0043-0130CCr-0024CCo-0183CAl [0156CTi-0360CTi] [0248(CMo CW)-0421(CMo CW)] 0372(CNb CTa)(1)式中,C和C分别是各元素在相和相中的原子分数。由式(1)可知,Nb,Ta增大两相的点阵错配度,Cr,Co,Mo,W和低Ti/Al比均减少错配度。一般认为,共格应力强化作用在650700以下有效(约06Tm);在高温下,点阵错配度大的相其不稳定性倾向通过聚集长大和改变为位错型界面结构而松弛弹性应力。对更高温度下(>750)使用的高温合金,相与相的点阵常数差越小,相越难长大,相越稳定,合金才有更好的高温强度,否则要产生过时效,使高温强度有所下降。利用热力学软件ThermoCalc的计算值并结合式(1)可得国外第3代粉末高温合金的点阵常数以及错配度,分析发现,合金的a值越小,其使用温度越高。新型高性能粉末高温合金建议通过调节合金元素含量以获得较小的点阵错配度。

幸运飞艇官网  24新型高性能粉末高温合金的研发趋势新型高性能粉末高温合金应具备三高一低特点,即高的工作温度、高的强度、高的相稳定性和低的疲劳裂纹扩展速率。综合以上对国外第3代粉末高温合金的综合分析可知,就新型高性能粉末高温合金的成分设计而言,合金元素的添加原则可考虑以下搭配范围:15  3我国新型第3代粉末高温合金的研究为了满足我国发动机涡轮盘用材料日益增长的性能要求,强度和损伤容限兼优、使用温度为750800的新型第3代粉末高温合金的研制工作势在必行,北京科技大学,钢铁研究总院和北京航空材料研究院等多家单位正在开展我国第3代粉末高温合金的研制工作。基于上述总结出的新型高性能粉末高温合金的研发趋势,本文重点介绍在武器装备预先研究基金项目等资助下,北京科技大学与钢铁研究总院合作,在国内率先进行我国新型第3代粉末高温合金FGH98的初期研究工作与取得的成果。

  31FGH98合金的成分设计国内外镍基高温合金的传统设计方法可分为3大类:计算机辅助高温合金设计方法:多元回归法、离散变分法和集团变分法;人工智能高温合金设计方法:专家系统、人工神经网络及两者的结合;最优化高温合金设计方法:MonteCarlo约束优化法、遗传算法与分子动力学结合等。但是这些方法在实际应用中存在一定的误差和使用限制,需要进一步地加以改进。20世纪60年代初,相计算(PHACOMP)技术开始在镍基高温合金成分设计上得到应用。在70年代出现了相图计算法(CALPHAD),并得到实验的验证。尤其需指出,RR1000合金的成分是英国罗-罗公司通过将热力学模型化并理解了元素添加量对高温合金力学性能的作用与关联而设计所得。

  本文作者参照了Alloy10,ME3和LSHR等合金的公开成分,基于材料热力学相图计算软件ThermoCalc计算结果和d电子理论对新型第3代FGH98合金进行了成分优化设计,筛选出最佳成分范围:12-14Cr,20-22Co,25-29Mo,36-40W,33-37A,l33-37T,i13-17Nb,14-18Ta,004-006C,002-004B,004-006Zr,015-03H,f余量为Ni(均为质量百分数)。与前两代粉末高温合金相比,增Co降Cr,注重Al/Ti和Nb/Ta比平衡,以使合金有好的组织稳定性与平衡的力学性能,加入Hf提高合金的综合性能,同时保证晶界强化元素Zr的添加,以期获得使用温度为750800、强度与损伤容限性能兼优的涡轮盘用材料。

  32FGH98合金的热变形国外相关研究表明,第3代粉末高温合金因合金化程度更高,热变形变得更困难,同时其力学性能也对热变形的组织演变高度敏感。目前,对FGH98合金热变形工艺的研究还不充分,限制了FGH98合金性能潜力的发挥。为了更好地控制其组织与性能,避免变形开裂等失稳现象的产生,必须深入研究FGH98合金的热变形行为。这里对新型第3代粉末高温合金FGH98在变形温度为9501150,应变速率为000031s-1条件下热变形行为进行了研究。结果表明:当应变量为05时,在变形温度10501150,应变速率011s-1范围内,值为3640,呈现动态再结晶特征,晶粒度为8590级;在变形温度为10001060,应变速率000030001s-1范围内,值为3640,达到峰值,发生动态再结晶,晶粒度为1112级。在变形温度10801150,应变速率000030001s-1范围内,发生晶粒长大,晶粒度为6065级。在变形温度9501050,应变速率011s-1范围内,值小于36,此区为流动失稳区,合金出现了剪切开裂、纵向开裂和混合型开裂;当应变量为0105,FGH98合金热加工图均存在有两个峰区,而当应变量大于05,在低应变速率区域的峰区消失,建议FGH98合金锻造的一火变形量控制在40(真应变为05)。该研究结果已应用于FGH98合金实际等温锻造工艺中,并成功获得缩压比180mm盘坯。

  33FGH98合金的热处理目前,实现单一合金双性能粉末盘的主要方法是进行热机械处理和双重组织热处理,后者因所需工装条件相对简单,易操作而倍受青睐。因FGH98合金的最终成型工艺是等温锻造,这里通过锻态小试样的模拟实验,研究该合金热处理过程中晶粒度和相变转变规律及温度的影响,为后续热处理获得双重晶粒组织提供重要的实验依据与参考。结果表明:相对晶粒长大有显著阻碍作用;在低于相固溶温度热处理时,大量未溶解相使晶粒长大缓慢;在高于相固溶温度时,合金为单相奥氏体组织,晶粒随温度升高快速长大,晶粒生长指数随热处理温度的升高而增加。晶粒长大主要由纯Ni的自扩散过程控制,还受到残余枝晶的影响,导致FGH98合金实际晶粒长大温度高于相固溶温度。制备双性能盘的关键是对锻造盘坯进行双重组织热处理,其具体步骤如下:FGH98合金锻造盘坯的轮心采用绝热材料包覆,轮缘外露,将整个盘坯置于高于FGH98合金相固溶温度的普通热处理炉中,轮缘部位和轮心部位的温度用Pt2Rh热电偶监测。由于盘缘完全暴露在炉中,在热辐射与热对流的作用下得到快速加热;盘心被绝热材料保护,主要靠热传导来加热,升温较为缓慢。当盘心热电偶监测已达到设定温度时(低于Cc相溶解温度),将整个工装从炉中移出并淬火冷却,获得了无开裂FGH98?合金盘件,此法实现了FGH98?合金盘缘和盘心部位温度的不同,以期在不同部位获得不同晶粒尺寸。

  314FGH98?合金的组织与性能31411FGH98?合金的组织对FGH98?合金双重组织热处理盘不同部位(轮缘、过渡区、轮心)的组织观察如。晶粒度统计与评级标准依照美国ASTME112来进行。由可知,FGH98?合金盘件不同部位获得了双重组织:轮缘为粗晶组织,晶粒度为ASTM6-7级;轮心部位仍保持细晶组织,晶粒度为ASTM11-12级,过渡区的晶粒组织介于轮缘和轮心之间且晶粒度为ASTM9-10级。

  通过对FGH98?合金盘件不同部位的晶粒度进行评级后发现,其轮缘和轮心部位之间过渡区域晶粒组织过渡明显,无明显分层现象。值得指出的是,FGH98?

  合金双重组织盘的晶粒组织无异常晶粒长大发生。由于FGH98?合金是Cc相析出强化型粉末高温合金且Cc相含量约为55,其在高温下的力学性能不仅与晶粒度有关,也与Cc相的体积含量有着密切联系。FGH98?

  合金双重组织热处理盘件不同部位(轮缘、过渡区、轮心)的Cc相形貌如。轮缘的Cc相主要为两种尺寸分布,其中大Cc相尺寸为4070nm,小Cc相尺寸小于20nm;过渡区的Cc相形貌和轮缘不同,存在大、中、小3种尺寸的Cc相,大初次Cc相尺寸为13Lm,中尺寸Cc相为80120nm,小Cc相尺寸为2070nm,且小尺寸Cc相所占比例最高。轮心部位Cc相形貌与过渡区相似,但仅存在有大初次Cc相和中等尺寸的二次Cc相;大初次Cc相的尺寸比过渡区稍大稍多些,中等尺寸Cc相大小为40150nm.这种在FGH98?合金盘件不同区域的晶粒度与Cc相的差异是其具有双性能的基础与保证。

  31412FGH98?合金的性能FGH98?合金盘件经双重组织热处理后,切取试样检验其各种力学性能。结果表明:从FGH98?合金双重组织盘轮心部位拉伸性能与国内外第3代合金性能的比较来看,FGH98?合金的强度与FGH95相当但塑性略好,其强度明显好于FGH96,FGH98?合金的强塑性与LSHR,Alloy10接近,强度优于ME3合金;FGH98?合金双重组织盘轮缘部位750e/480MPa的蠕变性能比FGH95合金700e/490MPa的蠕变性能要好,也比亚固溶LSHR合金760e/448MPa和ME3合金(轮心)704e/690MPa的蠕变性能要好,与ME3合金(轮缘)704e/690MPa的蠕变性能相当。FGH98?合金双重组织盘轮缘部位750e/680MPa的光滑持久寿命是FGH95合金700e/700MPa光滑持久寿命的37倍,是FGH96合金750e/650MPa光滑持久寿命的616倍。由此可见,FGH98?合金双重组织盘有着优异的综合力学性能。

  4新型高性能粉末高温合金的研究方向北京科技大学粉末高温合金涡轮盘研究组与钢铁研究总院自主研发了我国第3代使用温度为750e以上新型涡轮盘用粉末高温合金FGH98?,其性能技术指标与美国已公布第3代粉末高温合金的性能指标大致相当或略好,但由于粉末高温合金的制备过程复杂,影响因素众多,欲进一步发挥FGH98?合金的性能潜力以及开发一系列新型高性能的粉末高温合金,今后的具体发展与研究方向包括如下。

  411粉末制备粉末的制备包括制粉和粉末处理。高温合金粉末的夹杂物数量和尺寸直接影响涡轮盘的强度和使用寿命,获得高纯净高温合金粉末是十分必要的。由于粉末中的夹杂物主要来源于母合金,夹杂物主要是陶瓷夹杂物和熔渣。因此,要得到高纯净的粉末,可通过双联或三联冶炼工艺来降低母合金中的夹杂物含量。目前,国内外的主要制粉工艺如氩气雾化法和等离子旋转电极法都在积极改进工艺,尽量减小粉末粒度和降低杂质含量,国内还新近发展了火花等离子体放电(SparkPlasmaDis2charge,SPD)制备高温合金细粉技术,均是沿着制造超纯净细粉方向发展。另外,通过采用粉末的表面净化和预热处理技术,可以有效地解决原始颗粒边界和热诱导孔洞缺陷问题,使热等静压合金的颗粒界面得到韧化,从而提高压实盘坯的致密度和改善材料的强塑性,并减少热变形和热处理时开裂等缺陷的产生。

  412热处理工艺因航空发动机涡轮盘等部件具有复杂的形状和不同厚度的截面,不同区域厚度之差可达220cm,在后续热处理冷却时因产生热应力不同而导致部件局部开裂,需要开发合理的冷却工艺,以便在确保高温强度的同时,解决合金塑性较差和淬火开裂两大问题,为此,国内外曾先后尝试并开发了多种冷却介质,如吹风冷却,它提供一个比中等偏慢冷却(如空冷)略快些的冷却速度;而稍快的冷却速度(如水冷、油冷和一次熔融盐浴冷)虽提高了合金的强度,但也增加了淬裂、变形的可能性;其它还有如采用喷射液体和气体方法进行不同厚度截面的冷却等。尽管这些方法在一定程度上收到了良好的效果,在一定范围内得到应用,但仍常发生合金抗拉强度不稳定和残余应力过大导致的局部开裂。因此,研制和开发能满足新型粉末高温合金双性能涡轮盘的适宜冷却介质,改进冷却工艺将是今后粉末高温合金热处理工艺的研究重点。

  413计算机模拟技术计算机模拟技术正逐渐成为粉末高温合金中重要的研究内容。目前,在欧美国家,计算机模拟技术在粉末盘生产的全过程中得到了应用,如利用计算机模拟优化设计合金成分、热等静压包套、锻造模具、预测淬火过程的温度以及应力分布和相场法模拟Cc析出相情况等。北京科技大学与钢铁研究总院合作研制FGH98合金是我国近年来将计算机模拟技术与材料紧密结合的示例。随着计算机模拟与粉末高温合金技术的不断发展,两者的结合性应用将会越来越多,计算机模拟研究将会成为新型高性能粉末高温合金研制的重要组成部分。

  414微量元素的研究相关研究表明,添加合适的微量元素Ta,Hf和Zr明显改善镍基粉末高温合金的性能。Ta是第3代粉末高温合金提高裂纹扩展抗力的重要因素,但加入过量的Ta却又降低合金的裂纹扩展抗力。RadavichJ等

  在研究含Hf的EP741NP合金时发现,在Cc相刚开始析出时Hf进入Cc相中,但是在低温下又回溶到C相中,保留在Cc和C两相中,这个现象值得进一步地探讨,有利于今后在设计新合金时掌握加入Hf量及分配规则。Zr既有晶界强化的效果又能降低固相线和扩大固溶相线间温度区间。作为粉末高温合金中维加德系数最大的3种元素,Ta,Hf和Zr的各自及相互间的作用与存在的组织形态是新型高性能粉末高温合金的研究重点。

幸运飞艇官网  415长期组织稳定性由于新型高性能粉末高温合金主要用于先进航空发动机的热端部件上,其在高温长期服役(时效)过程中的组织稳定性至关重要。国内学者对第1代和第2代的组织稳定性进行了研究,其主要集中于对合金长期时效过程中Cc相稳定性和析出TCP相等脆性相的研究,后者对合金性能恶化有明显的作用。改善组织稳定性的措施包括调整合金的成分和热处理制度。北京科技大学与钢铁研究总院合作研制FGH98?合金即是注重考虑合金的长时组织稳定性来进行成分优化设计,其结果有待对后续长时热处理试样的组织与性能的进一步观察验证。总之,长期组织稳定性也是今后新型高性能粉末高温合金的重点研究方向。

  5结语随着计算机模拟和粉末高温合金技术的不断发展,研制新型高性能粉末高温合金从过去反复性尝试试验、研究周期长、耗资大的研究模式走向计算机模拟设计与科学实验相结合的道路,使新合金的研制过程大幅度加快。我国自上世纪70年代末开展高性能粉末高温合金的研究以来,取得了长足的进步;但就目前来说,我国在粉末涡轮盘材料的设计和研究上与国外的差距依然很大。相信通过不断地努力,在综合分析国外的先进粉末高温合金的基础上,提升自身的研发水平,并及时介绍各研究单位的工作与经验,使研究同仁们少走弯路、少做重复性工作,我们会逐渐缩小与国外间的差距,不断开发出综合性能优异的新型粉末高温合金,最终实现我国高性能粉末盘的工程化应用。


相关资讯

二维码

中山市翔宇粉末冶金制品幸运飞艇官网  
版权所有 备案号: 
服务热线:0760-22632802 邮箱:1802286990@qq.com
公司地址:广东省中山市东凤镇同安大道东28-1

韩国1.5分彩 内蒙古快3 福建11选5开奖 贵州快3代理 幸运飞艇官网 澳洲幸运10开奖结果 快赢彩票 飞速赛车平台 吉林快3计划 河北11选5开奖