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细晶铸造高温合金工艺你知道多少?

厂家:上海炫纵实业 浏览量:发布时间:2021-10-29 13:57:55

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细晶铸造高温合金工艺你知道多少?按一般的铸造工艺,高温合金熔模铸造,浇注后的合金晶粒较粗,粗晶粒虽具有较高的耐热强度,但抗疲劳性能却大大降低。而且常伴有组织不均和严重分离,从而导致抗疲劳性能进一步下降,质量可靠性下降。对晶粒进行细化,消除柱状晶结构,可以减少偏聚,提高材料的强度和低周疲劳性能,并降低性能数据的分散。结果

细晶铸造高温合金工艺你知道多少?

按一般的铸造工艺,高温合金熔模铸造,浇注后的合金晶粒较粗,粗晶粒虽具有较高的耐热强度,但抗疲劳性能却大大降低。而且常伴有组织不均和严重分离,从而导致抗疲劳性能进一步下降,质量可靠性下降。对晶粒进行细化,消除柱状晶结构,可以减少偏聚,提高材料的强度和低周疲劳性能,并降低性能数据的分散。结果表明,细晶组织的抗疲劳能力强于粗晶组织,且经多次疲劳试验后,裂纹产生。一般铸造工艺中,若出现柱状晶或混合晶(等轴晶、柱状晶),抗疲劳性能较差。自20世纪50年代以来,国外对细晶学进行了研究,并发表了一批论文,也取得了一些成果。二十世纪七十年代才开始真正的实用。

细晶铸造高温合金工艺你知道多少?

铸造高温合金

细晶铸造的方法一般有三种,即热控制法、振动法和化学法,其中主要应用于振荡法,包括机械振动法、电磁搅拌法和超声振动法。振动法的原理是在液态金属凝固时强烈搅拌,使普通铸件容易形成的树枝晶骨架破碎,形成新的晶核。散粒状晶核数量较多,使其组织呈细等轴晶。早期和广泛使用的是美国Howmet公司的GX法,它适用于旋转类铸造。加热控制主要是通过适当的浇注温度和适当的壳型温度来细化晶粒,从而使柱状晶迅速凝固,以致过晚形成混合晶。使用热控方法,铸件的各部分实际上基本上都是同时凝固,浇注结构致密,不可避免地会出现严重的微观疏松。化学方法适用于铝合金等,由于高温合金的熔化温度很高、元素含量控制非常严格,因此难以应用,以使其表面晶粒细化,在镍基高温合金中,常用的孕育剂是氧化亚钴或四氧化三钴,在镍基高温合金上常用的孕育剂是氧化亚钴或四氧化三钴。或者是两者的混合体。涂覆氧化钴的壳体也只能细化表面晶粒。GE在80年代末开发的细晶球离心铸造,就是把金属液倒进旋转的铸型中,由于离心力的作用,使得充型能力大大提高。离心式铸造时,高密度金相液体沿外圈分布,同时,沿内圈分布低密度物质,低密度组分有氧化物、硫化物气体和其它杂质,能形成ASTM4~6.5级晶粒组织。该方法可使铸件工艺参数(热控法)在较高压力下得到的组织更细、组织更致密,夹杂物大大减少,而室温中温(648℃)的拉伸力和破坏性能远高于标准要求。美国Howmet公司的细晶铸造工艺,是通过机械搅拌与快速凝固相结合,获得晶粒大小在ASTM3~5级的晶粒组织。其工艺要点为:熔体熔化后静置降温,浇注过热度在20℃以内;浇注时对熔体进行机械或电磁搅拌,使熔体变成细小的液滴,使熔体变得更细;在铸型内搅拌熔体并提高冷却速度,使铸件的全断面分布均匀而细密的非枝晶组织。在美国P.C.C公司利用定向凝固技术开发出一种温控凝固(TCS)技术,该技术可使铸件凝固界面有序推进,使铸件获得致密组织、良好的充型能力和极少的疏松。采用TCS法得到的组织结构取决于G/R值,如果采用TCS法,可得到较小的等轴晶,且收缩较小。TCS技术是在模壳外加入烧结罩,对模壳进行加热,底部加入一冷铁,浇注后,烧结罩按一定速度退却。外国细晶铸造的应用见表。

细晶法凝固过程容易产生微观松散现象,因此必须与适当的热等静压(HIP)处理。因而,对高温合金结构件,采用细晶工艺加热等静压处理,可以获得组织细小、均匀、致密的效果,使整体铸件的组织、性能达到了较高的水平,紧贴锻件,在大大缩短加工周期的同时,提高金属的利用率,减少零件数量,提高可靠性,大幅降低生产成本。这项技术的成功,使现代航空发动机总重的1/4由铸件构成,其中结构件占2/3。

20世纪90年代以来,随着技术的进步,航空、航天等重要结构部件开始采用整体式精密铸造。如整铸机导轨、全铸透机、全铸机、各种机匣、泵壳等结件。铸造在严酷的条件下工作,在合金成分、组织、性能、冶金质量、微观组织、外形尺寸、表面质量等方面有较高的要求,许多还有高压气密性的要求。根据上述要求,我国钢铁科研总院铸造高温合金室开展了细晶铸造高温合金、细晶铸件的热等静压和压后改造热处理研究,本文主要研究了两种铸造高温合金:添加剂法细晶Inconel738合金和热控制法K4169合金。K4169合金与细晶铸造K4169合金的比较见表。

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