目前各種先進(jìn)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(jìn)入較多,所以應(yīng)采用真空冶煉。為了進(jìn)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(qiáng)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(jìn)一步冷軋或冷拔。直徑較大的合金錠或餅材需用水壓機(jī)或快鍛液壓機(jī)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(qiáng)化型和氧化物彌散強(qiáng)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(qiáng)度提高工藝
⑴固溶強(qiáng)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(kuò)散速率的元素(鎢、鉬等),以強(qiáng)化基體。
⑵ 沉淀強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)化效應(yīng)可通過以下途徑得到加強(qiáng):
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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度。但超過700℃,強(qiáng)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(qiáng)化。
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不銹鋼特性:與 304 鋼相比,Cr 和 Ni 含量較低,冷加工時抗拉強(qiáng)度和硬度增高。無磁性,但冷加工后有磁性。
不銹鋼用途:列車、航空器、傳送帶、車輛、螺栓、螺母、彈簧、篩網(wǎng)等。
不銹鋼牌號:301L
不銹鋼特性:在 301 鋼基礎(chǔ)上,降低C含量,改善焊口的抗晶界腐蝕性;通過添加N元素來彌補(bǔ)含C量降低引起的強(qiáng)度不足,保證鋼的強(qiáng)度。
不銹鋼用途:鐵道車輛構(gòu)架及外部裝飾材料。
不銹鋼牌號:303
不銹鋼特性:在304成分基礎(chǔ)上添加了S,切削性能好,防腐性能沒有304好。
不銹鋼用途:要求易切削和表面光潔度高的場合,尤其適宜自動車床使用,可加工成螺栓和螺母等。
不銹鋼牌號:303Cu
不銹鋼特性:在303的基礎(chǔ)上加了Cu,切削性與成形性優(yōu)于303。
不銹鋼用途:與303相同。自動車床使用,要求切削性與表面光潔度的場合。
不銹鋼牌號:304
不銹鋼特性:不銹鋼中普遍的鋼種。具有良好的耐蝕性、耐熱性,低溫強(qiáng)度和機(jī)械特性;沖壓、彎曲等熱加工性好,無熱處理硬化現(xiàn)象(無磁性,使用溫度-196℃~800℃)。
不銹鋼用途:用途非常廣泛,家庭用品,汽車配件,醫(yī)療器具,建材,化學(xué),食品工業(yè),農(nóng)業(yè),船舶部件等。
不銹鋼牌號:304L
不銹鋼特性:作為低C的304鋼,在一般狀態(tài)下,其耐蝕性與304剛相似,但在焊接后或者應(yīng)力后,其抗晶界腐蝕能力;在未進(jìn)行熱處理的情況下,亦能保持良好的耐蝕性,使用溫度-196℃~800℃。
不銹鋼用途:需要高耐粒界腐蝕性的化學(xué)、煤炭、石油產(chǎn)業(yè)設(shè)備、建筑材料、耐熱部件及不易熱處理的部件。
不銹鋼牌號:304Cu
不銹鋼特性:304的基礎(chǔ)上添加了Cu,提高了抗菌性及成型性,有利于需要衛(wèi)生觀念的環(huán)境及深加工產(chǎn)品。
不銹鋼用途:保溫瓶、廚房洗滌槽、鍋、壺、保溫飯盒、門把手、紡織加工機(jī)器。
不銹鋼牌號:304H
不銹鋼特性:在304鋼的基礎(chǔ)上,提高含碳量,冷軋加工時強(qiáng)度有所提高。
不銹鋼用途:多用于線材。釣魚鉤等。
不銹鋼牌號:304N
不銹鋼特性:在304的基礎(chǔ)上加了N,提高了鋼的強(qiáng)度。
不銹鋼用途:適用于對冷成型性要求高的場合,如泵軸、船軸等。
不銹鋼牌號:316
不銹鋼特性:在304成分基礎(chǔ)上添加了Mo,耐蝕性、耐大氣腐蝕性和高溫強(qiáng)度特別好,可在苛酷的條件下使用;加工硬化性優(yōu)(無磁性)。
不銹鋼用途:海水里用設(shè)備、化學(xué)、染料、造紙、草酸、肥料等生產(chǎn)設(shè)備;照像、食品工業(yè)、沿海地區(qū)設(shè)施、繩索、CD桿、螺栓、螺母等。
不銹鋼牌號:316L
不銹鋼特性:作為 316 鋼種的低 C 版本,除與 316 鋼有相同的特性外,其抗晶界腐蝕性優(yōu)。
不銹鋼用途:316鋼的用途中,對抗晶界腐蝕性有特別要求的產(chǎn)品。
高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基,能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長期工作的一類金屬材料,具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度,良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能,良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能,又被稱為“超合金,”主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域和能源領(lǐng)域。
高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基,能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長期工作的一類金屬材料;并具有較高的高溫強(qiáng)度,良好的抗氧化和抗腐蝕性能,良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能。高溫合金為單一奧氏體組織,在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用可靠性。
基于上述性能特點,且高溫合金的合金化程度較高,又被稱為“超合金”,是廣泛應(yīng)用于航空、航天、石油、化工、艦船的一種重要材料。按基體元素來分,高溫合金又分為鐵基、鎳基、鈷基等高溫合金。鐵基高溫合金使用溫度一般只能達(dá)到750~780℃,對于在更高溫度下使用的耐熱部件,則采用鎳基和難熔金屬為基的合金。 鎳基高溫合金在整個高溫合金領(lǐng)域占有特殊重要的地位,它廣泛地用來制造航空噴氣發(fā)動機(jī)、各種工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件。
1、國際發(fā)展
從20世紀(jì)30年代后期起,英、德、美等國就開始研究高溫合金。第二次世界大戰(zhàn)期間,為了滿足新型航空發(fā)動機(jī)的需要,高溫合金的研究和使用進(jìn)入了蓬勃發(fā)展時期。40年代初,英國首先在80Ni-20Cr合金中加入少量鋁和鈦,形成γ相以進(jìn)行強(qiáng)化,研制成種具有較高的高溫強(qiáng)度的鎳基合金。同一時期,美國為了適應(yīng)活塞式航空發(fā)動機(jī)用渦輪增壓器發(fā)展的需要,開始用Vitallium鈷基合金制作葉片。
此外,美國還研制出Inconel鎳基合金,用以制作噴氣發(fā)動機(jī)的燃燒室。以后,冶金學(xué)家為進(jìn)一步提高合金的高溫強(qiáng)度,在鎳基合金中加入鎢、鉬、鈷等元素,增加鋁、鈦含量,研制出一系列牌號的合金,如英國的“Nimonic”,美國的“Mar-M”和“IN”等;在鈷基合金中,加入鎳、鎢等元素,發(fā)展出多種高溫合金,如X-45、HA-188、FSX-414等。由于鈷資源缺乏,鈷基高溫合金發(fā)展受到限制。
40年代,鐵基高溫合金也得到了發(fā)展,50年代出現(xiàn)A-286和Incoloy901等牌號,但因高溫穩(wěn)定性較差,從60年代以來發(fā)展較慢。蘇聯(lián)于1950年前后開始生產(chǎn)“ЭИ”牌號的鎳基高溫合金,后來生產(chǎn)“ЭП”系列變形高溫合金和ЖС系列鑄造高溫合金。70年代美國還采用新的生產(chǎn)工藝制造出定向結(jié)晶葉片和粉末冶金渦 ,研制出單晶葉片等高溫合金部件,以適應(yīng)航空發(fā)動機(jī)渦輪進(jìn)口溫度不斷提高的需要。
發(fā)展至今,國際市場每年高溫金屬合金消費量在30萬噸,廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域:過去多年,全球航天業(yè)對新能源飛機(jī)需求旺盛,目前空客與波音已有超萬架此類飛機(jī)等待交付。而精密機(jī)件公司是全球高溫合金復(fù)雜金屬零部件和產(chǎn)品制造的龍頭企業(yè),也為航空航天、化學(xué)加工、石油和天然氣的冶煉以及污染的防治等行業(yè)提供所需的鎳鈷等高溫合金。精密機(jī)件公司就是波音、空客、勞斯萊斯、龐巴迪等軍工航天企業(yè)的指定零配件制造商 [1] 。