粉末冶金高溫合金
粉末冶金高溫合金
這類合金最早起源於彌散強化合金。1962年美國杜邦公司根據二氧化釷在鎢中具有彌散強化作用的原理,研製出一種用粉末冶金工藝製成的二氧化釷彌散強化的高溫材料,稱之為TD鎳,從而開始了粉末冶金高溫合金的生產。
粉末冶藝制溫合。
粉末冶金高溫合金
粉末冶藝製取溫合。噴推技術展,溫合溫及求益提。形藝鑄造藝製備合化溫合,鑄錠偏析嚴、差形困,足求。采粉末冶藝,粉末顆粒細,凝固速,合均勻,產品宏觀偏析,穩,良,且步提合化程。粉末冶技術采熱等靜壓直接成形或用超塑性等溫鍛造成接近製品尺寸的工藝,還可以提高金屬利用率,減少機械加工量,從而降低成本。粉末冶金技術的缺點是金屬粉末易於氧化和污染,工藝要求嚴格。按合金強化方式可分為沉澱強化型和氧化物彌散強化型兩類(見金屬的強化)。
沉澱強化型粉末高溫合金60年代初,美國開始用普通粉末冶金工藝製取高溫合金,未能成功。60年代末,改用惰性氣體(或真空)霧化製取預合金粉,並採用熱等靜壓、熱擠壓和超塑性等溫鍛造等現代粉末冶金工藝,製成了高溫合金。英、美等國研製成的幾種粉末高溫合金,已用於製造高推重比(推力/重量)發動機的高壓壓氣機盤和渦輪盤。美國用快速凝固制粉工藝製成的新合金已加工成為氣冷渦輪葉片,正在試用。圖1所示為用高溫合金粉末製造的渦輪盤。
粉末冶金高溫合金
粉末冶金高溫合金
粉末冶金高溫合金
幾種常用的沉澱強化型粉末高溫合金的性能見表 2。這些合金的屈服強度和疲勞強度顯然高於同牌號的鑄造成形和變形高溫合金。
粉末冶金高溫合金
粉末冶金高溫合金
為提高沉澱強化型粉末高溫合金的某些性能,還可採用一些新工藝,比較重要的有:①快速凝固制粉。粉末冷卻速度可以達到106℃/秒,因而進一步減少了偏析,使合金的成分和組織更加均勻,同時也擴大了合金的固溶度範圍,可以繼續提高合金化程度,創製出強度和使用溫度更高的合金,用以製作多層薄片式氣冷渦輪葉片。②特殊熱處理工藝。梯度退火熱處理可以使葉片獲得定向再結晶的組織,而盤件中心部位獲得細晶組織,以製取雙重性能盤,滿足渦輪盤的使用要求。③熱塑加工工藝。將預合金粉預先進行冷加工,使粉末內部儲存應變能,從而降低合金的再結晶溫度,這樣就可以在較低的壓力和較低的溫度下進行熱等靜壓,以獲得完全再結晶的細晶組織,使材料具有超塑性,可以採用超塑性等溫鍛造工藝;熱塑工藝可以擴大粉末粒度的應用範圍,從而提高了粉末的利用率。
氧化物彌散強化型高溫合金 以熱穩定性高的超細氧化物質點均勻分佈在金屬或合金基體內,起彌散強化作用的高溫合金材料。簡稱 ODS(oxide dispersionstrengthening)高溫合金。
粉末冶金高溫合金
60年代初,美國一家公司用化學共沉澱法研製出以ThO2為彌散相的TD-Ni合金,這種合金抗氧化性差,中溫強度低;隨後又研製出TD-NiCr、TD-NiW、TD-NiMo和TD-NiCrMo等。同時,其他研究者相繼開展了各種氧化物(如Y₂O₃、Al₂O3、MgO、ZrO₂及HfO₂等)的彌散強化合金的研究。70年代初,美國本傑明(J.S.Benjamin)等人採用高能機械合金化工藝研製成既有金屬間化合物沉澱強化又有氧化物彌散強化的新型 ODS合金。1972年採用定向再結晶工藝──ZAP(zone aligned polycrystals)對某些ODS合金進行處理,得到晶粒長寬比較大的纖維狀晶粒組織,進一步改善了ODS合金的性能。
在70年代,ODS合金迅速發展起來,到目前已有十餘種牌號,其中性能較好的有鎳基、鐵基ODS高溫合金。
粉末冶金高溫合金
粉末冶金高溫合金
粉末冶金高溫合金
ODS合金在高溫下具有較高的持久強度,是由於氧化物質點顆粒細小,彌散分佈均勻,高溫穩定性好。氧化物質點尺寸一般小於500┱,極少數達1000┱,見圖3。
粉末冶金高溫合金
ODS 合金可用於製造噴氣發動機、工業燃氣輪機的高溫部件,如火焰筒、導向葉片及渦輪葉片等。圖4是用MA754和MA956合金製成的在1200℃下工作的渦輪葉片。
按合金類型常用的有以下兩種:
粉末冶金高溫合金
粉末冶金高溫合金
② 沉澱強化型彌散強化合金的生產,採用機械合金化工藝,即將金屬粉末、中間合金粉和氧化物粉置於攪拌式球磨機中,在真空或保護氣氛下通過鋼球的碾壓作用,原料粉被破碎、混合和冷焊合,達到合金化,其合金化過程見圖5。用此法生產的合金有 MA754、MA956、MA6000、ODS-WAZ-D等。其工藝流程如圖6所示。
粉末冶金高溫合金
機械合金化 ODS合金的出現為工作溫度更高、性能更好的高溫合金的發展開闢了新的前景。