Разработка жаропрочных сплавов
автор: www.cnqishine.com
2025-01-18
Под жаропрочными сплавами обычно понимают сплавы, которые работают в определенных условиях напряжения при температурах выше 600°C.
Он должен обладать не только хорошей стойкостью к высокотемпературному окислению и коррозионной стойкостью, но также высокой прочностью при высоких температурах, сопротивлением ползучести, износостойкостью и хорошей усталостной прочностью.
Это ключевой материал для деталей горячего конца современных авиационных двигателей, космических аппаратов и ракетных двигателей, а также судов и промышленных газовых турбин (таких как лопатки турбин, направляющие лопатки, диски турбин, камеры сгорания и корпуса и т. д.). Это также важный высокотемпературный материал, необходимый для нефтяной и газовой промышленности, химического оборудования и оборудования для переработки угля.
1. Процесс разработки жаропрочных сплавов
Суперсплавы на основе никеля были разработаны в конце 1930-х годов. Ниже приведено время производства суперсплавов на основе никеля в разных странах:
1) 1941: В Великобритании впервые был произведен сплав на основе никеля Nimonic 75 (Ni-20Cr-0.4Ti); для повышения предела ползучести в него был добавлен алюминий, и был разработан сплав Nimonic 80 (Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al).
Суперсплавы на основе никеля были разработаны в конце 1930-х годов. Ниже приведено время производства суперсплавов на основе никеля в разных странах:
1) 1941: В Великобритании впервые был произведен сплав на основе никеля Nimonic 75 (Ni-20Cr-0.4Ti); для повышения предела ползучести в него был добавлен алюминий, и был разработан сплав Nimonic 80 (Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al).
2) Середина 1940-х: США.
3) Конец 1940-х: Советский Союз
4) Середина 1950-х: Китай
Два аспекта развития сплавов на основе никеля
В том числе: Улучшение состава сплава и инновация производственного процесса
Начало 1950-х: Развитие технологии вакуумной плавки создало условия для очистки сплавов на основе никеля с высоким содержанием алюминия и титана. Большинство ранних сплавов на основе никеля были деформированными сплавами.
В том числе: Улучшение состава сплава и инновация производственного процесса
Начало 1950-х: Развитие технологии вакуумной плавки создало условия для очистки сплавов на основе никеля с высоким содержанием алюминия и титана. Большинство ранних сплавов на основе никеля были деформированными сплавами.
Конец 1950-х годов: С использованием технологии литья по выплавляемым моделям была разработана серия литейных сплавов с хорошей жаропрочностью.
Середина 1960-х годов: Разработка направленной кристаллизации и монокристаллических жаропрочных сплавов, а также порошковой металлургии жаропрочных сплавов с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Для удовлетворения потребностей судов и промышленных газовых турбин с 1960-х годов разрабатывается ряд сплавов на основе высокохромистого никеля с хорошей стойкостью к термической коррозии и стабильной структурой.
С начала 1940-х до конца 1970-х годов рабочая температура сплавов на основе никеля увеличилась с 700°C до 1100°C, средний рост составил около 10°C в год.
2. Классификация
В зависимости от технологии производства жаропрочные сплавы можно разделить на деформируемые жаропрочные сплавы, литые жаропрочные сплавы, порошковые жаропрочные сплавы и расходящиеся жаропрочные сплавы.
В зависимости от элементов матрицы сплава их можно разделить на жаропрочные сплавы на основе железа, никеля и кобальта. Наиболее широко используется жаропрочный сплав на основе никеля, который имеет самую высокую прочность на выносливость при высоких температурах, за ним следует жаропрочный сплав на основе кобальта, а жаропрочный сплав на основе железа имеет самую низкую.
По способу упрочнения их можно разделить на жаропрочные сплавы, упрочненные твердым раствором, жаропрочные сплавы, упрочненные старением, и жаропрочные сплавы, упрочненные дисперсией оксидов.
В зависимости от основного назначения его можно разделить на пластинчатый сплав, стержневой сплав и дисковый сплав.
Деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля
(кованый никелевый сплав на основе супералло)
(кованый никелевый сплав на основе супералло)
Деформируемый жаропрочный сплав с никелем в качестве основного матричного компонента. Китайские деформируемые жаропрочные сплавы на основе никеля обозначаются китайской фонетической буквой «GH» плюс серийный номер, например GH36, GH49, GH141 и т. д. Его можно перерабатывать в материалы обычными методами холодной и горячей деформации, такими как ковка, прокатка и экструзия.
По способу упрочнения его можно разделить на три категории: деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля, упрочненный твердым раствором, деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля, упрочненный слабым старением, и деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля, упрочненный сильным старением.
Применение: Деформируемые жаропрочные сплавы на основе никеля широко используются для изготовления деталей горячей части авиационных реактивных двигателей и различных промышленных газовых турбин, таких как рабочие лопатки, направляющие лопатки, диски турбин и камеры сгорания.
3. Состав и эффективность
Роль легирующих элементов:
Основная функция хрома в деформируемых жаропрочных сплавах на основе никеля — повышение стойкости к окислению и коррозии.
Основная функция хрома в деформируемых жаропрочных сплавах на основе никеля — повышение стойкости к окислению и коррозии.
Содержание хрома в деформируемых жаропрочных сплавах на основе никеля, разработанных в 1940-х и 1950-х годах, достигало 18–20%. В 1960-х годах для повышения жаропрочности содержание хрома было снижено до 8–12%. Чрезмерное снижение содержания хрома ухудшит стойкость к окислению и коррозионную стойкость.
В деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля, упрочненный твердым раствором, добавлено больше вольфрама, молибдена, кобальта и других элементов.
Слабоупрочняющиеся при старении деформируемые жаропрочные сплавы на основе никеля могут быть дополнены определенным количеством упрочняющих при старении элементов, таких как алюминий, титан и ниобий.
В интенсивно упрочненный старением деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля можно добавлять большие количества алюминия, титана и ниобия, но общее количество не может превышать 7,5%. Также добавляются элементы упрочнения границ зерен, такие как бор, церий и магний.
Организационные характеристики:
Основной упрочняющей фазой является фаза γ'(Ni₃Al) с содержанием около 20–55%.
Другим типом упрочняющей фазы является фаза y" (Ni₃Nb), которая вносит гораздо больший вклад в прочность при температурах ниже 700 °C, чем фаза y', и значительно улучшает предел текучести. Это хорошо известная упрочняющая фаза в материалах дисков турбин.
Основной упрочняющей фазой является фаза γ'(Ni₃Al) с содержанием около 20–55%.
Другим типом упрочняющей фазы является фаза y" (Ni₃Nb), которая вносит гораздо больший вклад в прочность при температурах ниже 700 °C, чем фаза y', и значительно улучшает предел текучести. Это хорошо известная упрочняющая фаза в материалах дисков турбин.
Метод обработки: Деформированные жаропрочные сплавы имеют низкую пластичность и высокую деформационную стойкость, особенно прочные стареющие упрочняющие жаропрочные сплавы на основе никеля с высокой фазой Y'. Их трудно деформировать обычными методами горячей обработки, и часто требуются некоторые специальные методы обработки, такие как прямая прокатка слитков, прямая прокатка слитков с оболочками и осадка с оболочками. Для улучшения пластичности также используются процессы микролегирования магнием и изгиба по границам зерен.
Литейный жаропрочный сплав на основе никеля
(литой никелевый сплав на основе супералло2)
(литой никелевый сплав на основе супералло2)
Литейные жаропрочные сплавы, основным компонентом которых является никель, обозначаются буквой «К» и порядковым номером, например, К1, К2 и т. д.
С ростом рабочей температуры и прочности степень легирования жаропрочных сплавов становится все выше, горячая штамповка становится все более сложной, и для производства приходится использовать процесс литья.
Кроме того, сложная внутренняя полость полой лопатки с использованием технологии охлаждения может быть изготовлена только методом точного литья. Таким образом, деформированный жаропрочный сплав на основе никеля преобразуется в литой жаропрочный сплав на основе никеля.
Добавьте элементы и их функции:
Литые жаропрочные сплавы на основе никеля используют γ-фазу в качестве матрицы и добавляют алюминий, титан, ниобий, тантал и т. д. для образования γ'-фазы для укрепления. Количество γ'-фазы относительно велико, и в некоторых сплавах достигает 60%; добавление кобальта может повысить температуру растворения γ'-фазы и повысить температуру использования сплава;
Литые жаропрочные сплавы на основе никеля используют γ-фазу в качестве матрицы и добавляют алюминий, титан, ниобий, тантал и т. д. для образования γ'-фазы для укрепления. Количество γ'-фазы относительно велико, и в некоторых сплавах достигает 60%; добавление кобальта может повысить температуру растворения γ'-фазы и повысить температуру использования сплава;
Молибден, вольфрам и хром выполняют функцию упрочнения твердого раствора. Хром, молибден и тантал также могут образовывать ряд карбидов, которые укрепляют границы зерен.Алюминий и хром способствуют стойкости к окислению, но хром снижает растворимость и высокотемпературную прочность y'-фазы, поэтому содержание хрома должно быть ниже. Гафний: улучшает среднетемпературную пластичность и прочность сплава. Для укрепления границ зерен добавляют соответствующие количества бора, циркония и других элементов.
Недостатки и способы их преодоления
(1) Немного плохие показатели усталости, низкая пластичность и сниженная организационная устойчивость во время использования;
(1) Немного плохие показатели усталости, низкая пластичность и сниженная организационная устойчивость во время использования;
(2) Имеет место неустойчивость, и производительность сильно колеблется.
Для устранения этих недостатков в 1968 году в США впервые был разработан литейный жаропрочный сплав на основе никеля с высоким содержанием бора и низким содержанием углерода. В то время как другие элементы в литейном жаропрочном сплаве на основе никеля остаются неизменными, содержание бора увеличивается в 10–20 раз, а содержание углерода снижается до
0,01% - 0,03%, что улучшает прочность и пластичность сплава, снижает пористость и улучшает долгосрочную стабильность организации. Этот тип сплава был введен в практическое использование в СоединенныхШтаты.
Для устранения этих недостатков в 1968 году в США впервые был разработан литейный жаропрочный сплав на основе никеля с высоким содержанием бора и низким содержанием углерода. В то время как другие элементы в литейном жаропрочном сплаве на основе никеля остаются неизменными, содержание бора увеличивается в 10–20 раз, а содержание углерода снижается до
0,01% - 0,03%, что улучшает прочность и пластичность сплава, снижает пористость и улучшает долгосрочную стабильность организации. Этот тип сплава был введен в практическое использование в СоединенныхШтаты.
Приложение
Литейные жаропрочные сплавы на основе никеля используются для изготовления наиболее ответственных высокотемпературных компонентов газовых турбин для самолетов, кораблей, промышленности, транспортных средств и нефтегазовой промышленности, таких как лопатки турбин, направляющие аппараты и интегральные турбины.
Литейные жаропрочные сплавы на основе никеля используются для изготовления наиболее ответственных высокотемпературных компонентов газовых турбин для самолетов, кораблей, промышленности, транспортных средств и нефтегазовой промышленности, таких как лопатки турбин, направляющие аппараты и интегральные турбины.
4. Производственный процесс
В части плавки: для получения более чистой жидкой стали, снижения содержания газов и вредных элементов; в то же время из-за наличия в некоторых сплавах легко окисляющихся элементов, таких как Al, Ti, трудно контролировать невакуумную плавку; для получения лучшей термопластичности жаропрочные сплавы на основе никеля обычно выплавляют в вакуумной индукционной печи, или даже производят методом вакуумной индукционной плавки плюс вакуумная расходуемая печь или электрошлаковый переплав.
В части плавки: для получения более чистой жидкой стали, снижения содержания газов и вредных элементов; в то же время из-за наличия в некоторых сплавах легко окисляющихся элементов, таких как Al, Ti, трудно контролировать невакуумную плавку; для получения лучшей термопластичности жаропрочные сплавы на основе никеля обычно выплавляют в вакуумной индукционной печи, или даже производят методом вакуумной индукционной плавки плюс вакуумная расходуемая печь или электрошлаковый переплав.
Деформация
Применяются процессы ковки и прокатки. Для сплавов с плохой термопластичностью применяется прокатка после экструзии или даже прямое экструзия с оболочкой из мягкой стали (или нержавеющей стали). Целью деформации является разрушение литой структуры и оптимизация микроструктуры.
Применяются процессы ковки и прокатки. Для сплавов с плохой термопластичностью применяется прокатка после экструзии или даже прямое экструзия с оболочкой из мягкой стали (или нержавеющей стали). Целью деформации является разрушение литой структуры и оптимизация микроструктуры.
Кастинг
Литье: Обычно для плавки лигатуры используется вакуумная индукционная печь, чтобы обеспечить состав и контролировать содержание газов и примесей, а детали изготавливаются методом вакуумной переплавки — точного литья.
Литье: Обычно для плавки лигатуры используется вакуумная индукционная печь, чтобы обеспечить состав и контролировать содержание газов и примесей, а детали изготавливаются методом вакуумной переплавки — точного литья.
Термическая обработка
Термическая обработка: Деформированные сплавы и некоторые литые сплавы нуждаются в термической обработке, включая обработку на твердый раствор, промежуточную обработку и обработку старением. Взяв в качестве примера сплав Udmet 500, его система термической обработки делится на четыре этапа: 1. Обработка на твердый раствор
старение, 1175℃, 2 часа, охлаждение на воздухе;
Термическая обработка: Деформированные сплавы и некоторые литые сплавы нуждаются в термической обработке, включая обработку на твердый раствор, промежуточную обработку и обработку старением. Взяв в качестве примера сплав Udmet 500, его система термической обработки делится на четыре этапа: 1. Обработка на твердый раствор
старение, 1175℃, 2 часа, охлаждение на воздухе;
2. Промежуточная обработка, 1080℃, 4 часа, охлаждение на воздухе;
3. Первичное старение, 843℃, 24 часа, охлаждение на воздухе;
4. Вторичное старение, 760℃, 16 часов, охлаждение на воздухе.
Достичь необходимого организационного состояния и хорошей комплексной производительности.
Применение и тенденции развития жаропрочного сплава на основе никеля 718
Распространенные проблемы и решения болтовых креплений при установке
Связанная статья
Результаты исследования на примере экспорта крепежных изделий из нержавеющей стали B8M. Недавно, во время заключительной проверки партии крепежных изделий из нержавеющей стали B8M, предназначенных для Португалии, мы обнаружили заусенцы различной степени выраженности по краям шестигранных головок болтов.
Как эффективно удалить заусенцы с кромок болтов
Подводные камни при закупке изоляционных прокладок: от «ценовых ловушек» до «выбора поставщика»
На какие подводные камни следует обратить внимание при покупке изоляционных прокладок?
Гилон 3500, классический модифицированный материал для прокладок из ПТФЭ от компании Garlock, широко используется в нефтехимической, химической и других отраслях промышленности благодаря своей превосходной устойчивости к сильным кислотам, растворителям и противоползучести.
Как купить оригинальные изоляционные прокладки Gylon 3500 по конкурентоспособным ценам в Китае
