超級馬氏體不銹鋼

顯組織

超級馬氏體不銹鋼典型的基體金屬顯組織為回火馬氏體。這種低碳回火馬氏體組織具有很高的強度和韌性。根據(jù)含鎳量的不同、熱處理條件的差異，一些牌號的超級馬氏體不銹鋼基體顯組織中可能會出現(xiàn)10％～40％的細(xì)小彌散狀殘留奧氏體。對于含鉻16％等級的超級馬氏體不銹鋼，顯組織中可能出現(xiàn)少量的δ鐵素體。為了獲得理想的細(xì)晶?；鼗瘃R氏體，在鋼板交貨之前一般都經(jīng)過淬火加回火處理。

機械性能

超級馬氏體不銹鋼不僅具有較好的耐腐蝕性、可焊接性，而且具有強度高和低溫韌性好的特點。典型的機械性如下：

延伸率大于12％

焊接性能

馬氏體不銹鋼含鉻13％，由于鐵素體晶粒在焊接過程中粗化和硬化，而使其可焊性很差。以往，這類不銹鋼的用途嚴(yán)格限制于非焊接零件的安裝。經(jīng)過冶煉工藝的不斷改進，降低了馬氏體不銹鋼中的碳、氮、硫含量，又增加了一定量的鎳（ 含量達6.5％）和鉬（ 含量2.5％），從而開發(fā)出了超級馬氏體不銹鋼。這種材料在加工制造過程中又采取了特殊的工藝措施，使得新的超級馬氏體不銹鋼的焊接性能大大超過了傳統(tǒng)的馬氏體不銹鋼。

超級馬氏體不銹鋼的焊接可以采用人們熟悉的焊接工藝，諸如氣體保護金屬極電弧焊（GMAW或SMAW），氣體保護鎢電弧焊（GTAW）。埋弧焊（SAW）和勵磁線圈電弧焊（FAW）。對于環(huán)縫焊接可以使用GTSW、GMAW和SAW，直縫焊大多數(shù)使用SAW。但是，激光焊和電子束焊也非常有吸引力。激光焊對生產(chǎn)直縫焊管是一種經(jīng)濟的焊接方法。由于冷卻速度快，在焊縫中可以獲得全馬氏體顯組織，從而得到很好的韌性和滿意的耐蝕性。

耐蝕性能

超級馬氏體不銹鋼由于含碳量低，相當(dāng)于提高了基體金屬中含鉻量的比例，所以耐腐蝕性好。

對于弱酸性腐蝕環(huán)境，超馬氏體不銹鋼有取代其它耐蝕合金的趨勢。但是，在高溫和有二氧化碳存在的腐蝕條件下，會產(chǎn)生一般腐蝕和局部腐蝕，在二氧化碳和硫化氫同時存在的腐蝕條件下，必須考慮在室溫下產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕裂紋和在高溫下產(chǎn)生的局部腐蝕和一般腐蝕。根據(jù)腐蝕條件的不同（如CO2或CO2＋H2S），開發(fā)了不同牌號的超馬氏體不銹鋼（含鉬或不含鉬）。這種超13Cr不銹鋼已成功地應(yīng)用于北海地區(qū)的Gullfaks油田和Asgard油田。

1、鑄造冶金工藝
目前各種先進鑄件制造技術(shù)和加工設(shè)備在不斷開發(fā)和完善，如熱控凝固、細(xì)晶工藝、激光成形修復(fù)技術(shù)、耐磨鑄件鑄造技術(shù)等，原有技術(shù)水平不斷提高完善從而提高各種高溫合金鑄件產(chǎn)品的質(zhì)量一致性和可靠性。
不含或少含鋁、鈦的高溫合金，一般采用電弧爐或非真空感應(yīng)爐冶煉。含鋁、鈦高的高溫合金如在大氣中熔煉時，元素?zé)龘p不易控制，氣體和夾雜物進入較多，所以應(yīng)采用真空冶煉。為了進一步降低夾雜物的含量，改善夾雜物的分布狀態(tài)和鑄錠的結(jié)晶組織，可采用冶煉和二次重熔相結(jié)合的雙聯(lián)工藝。冶煉的主要手段有電弧爐、真空感應(yīng)爐和非真空感應(yīng)爐；重熔的主要手段有真空自耗爐和電渣爐。
固溶強化型合金和含鋁、鈦低（鋁和鈦的總量約小于4.5%）的合金錠可采用鍛造開坯；含鋁、鈦高的合金一般要采用擠壓或軋制開坯，然后熱軋成材，有些產(chǎn)品需進一步冷軋或冷拔。直徑較大的合金錠或餅材需用水壓機或快鍛液壓機鍛造。
2、結(jié)晶冶金工藝
為了減少或鑄造合金中垂直于應(yīng)力軸的晶界和減少或疏松，近年來又發(fā)展出定向結(jié)晶工藝。這種工藝是在合金凝固過程中使晶粒沿一個結(jié)晶方向生長，以得到無橫向晶界的平行柱狀晶。實現(xiàn)定向結(jié)晶的首要工藝條件是在液相線和固相線之間建立并保持足夠大的軸向溫度梯度和良好的軸向散熱條件。此外，為了全部晶界，還需研究單晶葉片的制造工藝。
3、粉末冶金工藝
粉末冶金工藝，主要用以生產(chǎn)沉淀強化型和氧化物彌散強化型高溫合金。這種工藝可使一般不能變形的鑄造高溫合金獲得可塑性甚至超塑性。
4、強度提高工藝
⑴固溶強化
加入與基體金屬原子尺寸不同的元素(鉻、鎢、鉬等)引起基體金屬點陣的畸變，加入能降低合金基體堆垛層錯能的元素（如鈷）和加入能減緩基體元素擴散速率的元素（鎢、鉬等），以強化基體。
⑵ 沉淀強化
通過時效處理，從過飽和固溶體中析出第二相（γ’、γ"、碳化物等），以強化合金。γ‘相與基體相同，均為面心立方結(jié)構(gòu)，點陣常數(shù)與基體相近，并與晶體共格，因此γ相在基體中能呈細(xì)小顆粒狀均勻析出，阻礙位錯運動，而產(chǎn)生顯著的強化作用。γ’相是A3B型金屬間化合物，A代表鎳、鈷，B代表鋁、鈦、鈮、鉭、釩、鎢，而鉻、鉬、鐵既可為A又可為B。鎳基合金中典型的γ‘相為Ni3(Al,Ti)。γ’相的強化效應(yīng)可通過以下途徑得到加強：
①增加γ‘相的數(shù)量；
②使γ’相與基體有適宜的錯配度，以獲得共格畸變的強化效應(yīng)；
③加入鈮、鉭等元素增大γ’相的反相疇界能，以提高其抵抗位錯切割的能力；
④加入鈷、鎢、鉬等元素提高γ‘相的強度。γ"相為體心四方結(jié)構(gòu)，其組成為Ni3Nb。因γ"相與基體的錯配度較大,能引起較大程度的共格畸變，使合金獲得很高的屈服強度。但超過700℃，強化效應(yīng)便明顯降低。鈷基高溫合金一般不含γ相，而用碳化物強化。

 

 

鎳基合金，特別是沉淀強化型合金含有較高的鋁、鈦等合金元素。通常采用真空感應(yīng)爐熔煉，并經(jīng)真空自耗爐或電渣爐重熔。熱加工采用鍛造、軋制工藝，對于高合金化合金，由于熱塑性差，則采用擠壓開坯后軋制或用軟鋼(或不銹鋼)包套直接擠壓工藝。鑄造合金通常用真空感應(yīng)爐熔煉母合金，并用真空重熔-精密鑄造法制成零件。
變形合金和部分鑄造合金需進行熱處理，包括固溶處理、中間處理和時效處理，以Udmet 500合金為例，它的熱處理制度分為四段：固溶處理，1175℃，2小時，空冷；中間處理，1080℃，4小時，空冷；一次時效處理，843℃，24小時，空冷；二次時效處理，760℃，16小時，空冷。以獲得所要求的組織狀態(tài)和良好的綜合性能。

渦 是航空發(fā)動機上一個十分重要的關(guān)鍵零件。渦 工作溫度雖然比葉片低，但工作環(huán)境異常復(fù)雜，且在輪心、輪緣、榫齒、槽底和腹板等各部位所受應(yīng)力、溫度、介質(zhì)作用程度都不同。因此，對渦 材料性能提出如下典型要求：高的屈服強度；足夠的塑性儲備；足夠的蠕變、持久強度和塑性；高的疲勞強度和低周疲勞性能；良好的耐腐蝕性、組織穩(wěn)定性與可加工性。一句話，材料的綜合性能要好。
渦 用材料大部分是沉淀強化的鐵基或鎳基變形高溫合金，一些盤件開始采用粉末高溫合金制備，但是從制備工序、成本等角度考慮，粉末高溫合金渦 無法替代變形高溫合金渦 。 [1]

航空發(fā)動機用的機匣、轉(zhuǎn)子封嚴(yán)環(huán)和蜂窩環(huán)零件國內(nèi)外較多地采用低膨脹高溫合金制備。低膨脹合金是發(fā)動機實現(xiàn)間隙控制技術(shù)，減少燃?xì)鈸p失和提高熱效率不可替代的功能結(jié)構(gòu)材料。低膨脹高溫合金的特點是綜合性能好、強度較高、膨脹系數(shù)低、彈性模量幾乎恒定，在約380℃(居里點)以下至室溫，合金熱膨脹系數(shù)幾乎為常量。因此，采用低膨脹高溫合金制備的壓氣機匣在飛機巡航飛行時，有利于間隙的封嚴(yán)，提高壓氣效率，加大推力。我國研制的低膨脹高溫合金主要有GH2907、GH2909、GH4783等。我國新研制的GH4783是一種抗氧化新型低膨脹高溫合金，膨脹系數(shù)比GH4169合金低20%，密度比GH4169低20%，只有7.789/cm3，工作溫度可達750℃。對應(yīng)的美國牌號的Inconel783合金已被用作F-22戰(zhàn)斗機用發(fā)動機F119-PW的各種環(huán)形件。

我國應(yīng)用的板材變形合金主要有20多個牌號。它們的共同特點是塑性好，具有中等強度，焊接性能優(yōu)異，還有較好的抗氧化和抗腐蝕性能。主要用于制作發(fā)動機動力裝置的燃燒室、加力燃燒室、飛機機尾罩、導(dǎo)流罩、襯筒和軍用衛(wèi)星毛細(xì)管等。航空發(fā)動機燃燒室零件大多采用固溶強化合金制造。近期，發(fā)動機生產(chǎn)中為了減輕結(jié)構(gòu)重量，采用時效強化的板材合金來制造燃燒室零件，取得了良好效果。采用時效強化的變形高溫合金制造加力燃燒室殼體，可大幅度減輕發(fā)動機重量，但其成形和焊接比固溶強化合金要困難。
此外，在航空發(fā)動機中，變形高溫合金還用于制備渦輪軸、渦輪葉片等。隨著先進航空發(fā)動機推重比的進一步提高，燃燒室入口溫度和出口溫度大幅提高，必須采用耐更高溫度的新合金材料。需求牽引。因此，變形高溫合金必須加大研究力度，進一步提高性能，滿足我國先進航空發(fā)動機的研制需要。 [1]
發(fā)展前景編輯
變形高溫合金不但是我國生產(chǎn)和研制新型航空發(fā)動機需要的重要材料，而且在艦船制造、工業(yè)燃?xì)廨啓C、航天飛行器、火箭發(fā)動機、核反應(yīng)堆和化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是一種十分重要的高溫材料。當(dāng)前，變形高溫合金總體上向承溫更高、精密成形和低成本方向發(fā)展。通過不斷挖掘合金潛力，采用新技術(shù)、新工藝，可大幅提高變形高溫合金材料的質(zhì)量和性能，滿足我國先進航空發(fā)動機的需求。須加大研究力度，進一步提高性能，滿足我國先進航空發(fā)動機的研制需要。 [2]