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gh4169高温合金化学成分

作者: 来源: 日期:2021-12-27 10:42:04

高温合金GH4169作为一种航空航天飞行器结构件中的优选材料,由于在高温下具有特别优良的性质,日益引起人们的重视并在航空发动机整体构件上得到了广泛的应用,而且对于正在热点研究中的微型发动机、微型飞行器整体构件,也有着重要的应用前景。但是,普通机械加工方法往往对那些导热系数小、加工过程中容易出现严重的加工硬化、要求切削力大的高温合金GH4169 显得有些无能为力,而非传统加工方法即特种加工方法如电解加工、电火花加工则显示了它们特有的加工优势。

大量的事实表明,大多数航空航天零件的失效往往从零件表面开始并向内部进行扩展,因此零件表面质量不仅对其本身使用性能(如装配质量、疲劳强度、耐磨性、抗腐蚀性等)具有很大影响,而且对整台机器的可靠性、使用寿命等也有重大影响。但是,零件表面质量往往与加工方法及加工参数的选择有着相当密切的关系,采用合适的加工方法和加工参数就会获得良好的表面质量,采用不适当的加工方法和加工参数就会得到不良的表面质量,因此研究高温合金GH4169 在特种加工方法如电解加工、电火花加工后表面质量的变化及变化机理就显得相当重要。

针对高温合金GH4169的电解加工和电火花加工表面质量研究现状,本文在介绍电解加工和电火花加工表面质量的内容及其对零件使用性能影响的基础上,通过大量的试验和测试,对高温合金GH4169在不同加工方法(这里主要是指电解加工和电火花加工)和不同加工条件下所得到的表面质量进行了系统的研究,主要的研究内容包括:

(1)着重研究了电流密度对电解加工表面质量的影响,并分析了不同电流密度下高温合金GH4169金相组织对表面质量的影响及其作用。

(2)研究了采用不同粗、中、精电规准组合加工后的电火花加工表面质量,分析了不同粗、中、精电规准组合加工对电火花加工表面质量的影响,并通过优化不同粗、中、精电规准的加工余量,获得了较好的电火花加工表面质量和较高的电火花加工生产效率,

通过上述研究,力图找出影响高温合金GH4169电解加工和电火花加工表面质量的主要因素及其变化的规律,从而为加工生产中得到较好的,能够满足航空发动机、微型发动机及微型飞行器整体构件技术要求的零件表面质量提供参考。

关键词:表面质量,电解加工,电火花加工,高温合金GH4169,微细加工

高温合金简介及高温合金 GH4169的性质与应用

高温合金简介

高温合金是使用温度超过600℃的合金,它在高温下具有较高力学性能、抗氧化和抗热腐蚀性能2。高温合金按基体成分可分为三大类:(1)铁基高温合金。该合金主要以铁为主,含有大量的Ni、Cr及其它元素,也称为Fe-NiCr基合金。(2)镍基高温合金。该合金主要以Ni为主,一般含有10-25%的C,也称为NiCr 基合金。((3)钻基高温合金。该合金主要成分为Co,也称为Co-Ni-Cr基合金。其中镍基高温合金发展最快,使用也最广,铁基高温合金次之。按强化方式分为固溶强化合金和析出强化合金(或称时效沉淀强化合金)等。按生产工艺分为变形合金(GHD、铸造合金(K)、粉未末冶金合金和机械合金化合金。

高温合金性能主要取决于合金成分和它的组织结构,如难熔金属元素Mo、W以及Co起到固溶强化作用,Al、Ti、Nb等γ相形成元素起到析出强化作用。一般认为,强化效果应该计算W+Mo和y'相形成元素的总量,而Co和Cr居于次要地位,合金的持久强度随着合金元素总量的增加而提高。

高温合金组织中,特别重要的是析出相的类型、结构、形状、大小、数量和其分布情况,它们直接影响了高温合金的性能。如y'相和"相是高温合金中主要的强化相。另外,碳化物也是高温合金中重要的强化相,常见的碳化物有

MC、M2C4、M,C、MAC等,所有这些碳化物的大小、形状、数量及其分布都可以通过热处理进行调节和控制。

正因为高温合金是一种能承受复杂应力并在相当严苛的环境下进行高温工作的合金,它已经成为现代航空燃气涡轮、舰船燃气轮机、地面涡轮和火箭发动机的重要材料,如压气机盘、压气机叶片、涡轮导向叶片、涡轮工作叶片、涡轮

盘等都是由高温合金制成。在先进的航空发动机中,高温合金的用量占 40%~60%,高温合金当之无愧地成为燃气涡轮的心脏。

1.2.2高温合金GH4169的性质与应用

GH4169属于镍基高温合金,在国外其相应的牌号为Inconel718,它是以体心立方Y相和面心立方Y'相沉淀强化的镍基变形高温合金。它在高温下具有较好的热稳定性、屈服强度高、塑性好的特点,并有较好的焊接性能、较高的耐蚀性和抗氧化性能,在—196~700℃很宽的温度范围内组织性能稳定。它在650℃以下的屈服强度在所有高温合金里面居首位,成为在深冷和高温条件下用途极广的航空材料之二B。

GH4169合金属于Ni-Cr-Fe基时效硬化型合金,其成分特点是含Nb量较高, 达到5%,同时含有较多的Cr和Fe,含少量的Ti和Al以形成y'相和y"相, 在合金中起主要强化作用。

其主要成分见表1.1。

相近牌号

Inconel718(美国),NC19FeNb(法国)

GH4169性能

3.1.1因GH4169合金中铌含量高,合金中的铌偏析成分都与冶金工艺直接相关。电渣重熔和真空电弧熔炼的熔炼速度和电极棒的质量状态直接影响材质的优劣。熔速快,易形成富铌的黑斑;熔速慢,会形成贫铌的白斑;电极棒表面质量差和电极棒内部有裂纹,均易导致白斑的形成,所以,提高电极棒质量和控制熔速及提高钢锭的凝固速率是冶炼工艺的关键因素。为避免钢锭中的元素偏析过重,至今采用的钢锭直径不大于508mm。品均化工艺必须确保钢锭中的L相完全溶解。钢锭两阶段均匀化和中间坯二次均匀化处理的时间,根据钢锭和中间坯的直径而定。均匀化工艺的控制与材料中铌的偏析程度直接相关。

目前生产中采用的1160℃,20h+1180℃,44h的均匀化工艺,尚不足以消除钢锭中心的偏析,

因此建议采用以下工艺:

150℃~1160℃,20h~30h+1180℃~1190℃,110h~130h;

160℃,24h+1200℃,70h。

经均匀化处理的合金具有良好的热加工性能。钢锭的开坯加热温度不得超过1120℃。锻件的锻造工艺应根据锻件使用状况和应用要求,结合生产厂的条件而定。开辟和生产锻件时,中间退火温度和终端温度必须跟军零件所需要的组织状态和性能来确定,一般情况下,锻造的终端温度控制在930℃~950℃之间为宜。个类锻件的锻造温度和变形程度见表


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