高温合金锻件常见的缺陷与对策

2018-10-30 11:32:17 山西中信重工 27

       高温合金主要用于制造燃气涡轮发动机的重要零件,如涡轮叶片、涡轮盘、承力环、火焰筒安装座等。此类零件不仅要求具有很高的高温性能和良好的疲劳性能,而且要求具有抗氧化、抗腐蚀性能和一定的塑性。

       变形高温合金可分为铁基、镍基和钴基合金三类,这里主要介绍前两类。

       我国锻造锻件常用的合金牌号有GH30、GH32、GH33、GH34、GH36、GH37、GH43、GH49、GH130、GH135、GH140和GH220等。其中GH34、GH36、GH130、GH135、GH140是铁基离温合金,其余的是镍基高温合金。在这些高温合金中含有大量的Cr、Ni、Ti、Al、W、Mo、V、Co,Nb、B、Ce等合金元素。就铁基高温合金来说,加入较多的Cr是为保证合金在高温下的杭氧化能力;加入较多的镍,一方面是为保证得到奥氏体基体,另一方而是与钛、铝生成合金的主要强化相Ni3(Ti、Al,还有一个方面是镍和铬配合使用能够提高合金的抗氧化能力;加人高熔点的金属元素如W、Mb、V、Co等来提高合金的再结晶温度;加人W、Mo、V、Nb等强烈的碳化物形成元素和合金中微量的碳作用,生成高度分散的高熔点的碳化物粒子,它们主要分布在晶界处,是强化相;加人硼是为了生成硼和金属元素间的硼化物,硼化物分布在晶界处,是强化晶界的主要强化相;铈的加入是为了进一步淸除液态合金中的杂质元素,因而使合金晶界处得到净化,有较紧密的结合,有较高的强度。

       我国高温合金特別是镍基耐热合金的冶炼方法主要是电弧炉、电弧炉+真空自耗、电弧炉+电渣重熔。为了提高合金的纯度以提高合金的性能,往往采用电弧炉+真空自耗。但该种冶炼方法往往由于杂质少,易出现粗晶缺陷。

锻件

       耐热合金铸锭中存在的冶金缺陷较多,例如铸锭中柱状组织较为发达,存在显微疏松和枝状疏松以及各种宏观及微观不均匀组织,致使铸态合金的性能较低,经过热塑性变形后合金的性能有较大提高,随总变形程度增大,高温合金纵向纤维式样的力学性能,也和普通结构钢一样有规律地提高,但其横向试样的力学性能不像结构钢那样剧烈下降,而是变化较小。这是由于:具有均匀固溶体的单相高温合金,在变形及随后的再结晶所获得的晶体位向与主变形方向仅有较小的重合,这就减小了纤维纵向和横向力学性能之间的差别。面结构钢通常具有多相组织,在塑性变形过程中所获得的纵向上的方向性组织在再结晶后仍部分地保留下来,加之结构钢的杂质较多,它们沿纵向被拉长,这就使得其纵向和横向性能间的差别较大。

       锻造锻件时为了获得较高的力学性能,高温合金的总压缩比通常控制在4~10范围内。

       晶粒尺寸对高温合金的性能有较大影响,从室温力学性能的角度看,晶粒愈细愈好。例如GH135合金,当晶粒度从4~6级细化到7~9级时,室温疲劳强度从290MPa提高到400MPa,但从高温性能角度看,晶粒适当粗些可使晶界总面积减少,有利于提高合金的持久强度。对于高温合金来说,晶粒大小不均匀是最有害的,它将使持久强度和抗蠕变强度显著降低。因此,综合晶粒度对室温和高温性能的影响,取均匀适中晶粒为宜。

       高温合金锻件晶粒的最终尺寸除与固溶温度等有关外,还与固溶前锻件的组织状态有很大关系。如果锻后是未再结晶的组织,而且处于临界变形程度时,固溶处理后将形成粗大晶粒:如果锻后是完全再结晶组织,固溶处理后一般可以获得较细较均匀的晶粒;如果锻后是不完全再结晶组织,固溶处理后晶粒将是大小不均匀的。锻件的组织状态取决于锻造温度和变形程度,应注意控制。